Genética de Poblaciones

Genética de Poblaciones
loslideres.wordpress.com
Inma Martín Burriel
minma@unizar.es
1

¿Cómo conseguir cosechas/rebaños mejoradas?
Individuo
¿Cómo entender la
naturaleza y el origen
de las especies? ¿y de
las razas?
Estudio de poblaciones:
La transformación de una especie
a lo largo de la evolución
(Natural o artificial)
2

Según el libro Guinness de los Records, Tristan da Cunha es la isla
permanentemente habitada más remota del planeta; en mitad
del Océano Atlántico Sur a 2334 km de su vecino más cercano.
Mas info: Wikipedia
La Población de Tristán da Cunha
- 1817: Escocés William Glass
llega con su familia
- Llegan marineros, naúfragos
mujeres de la isla Santa Helena
- 1855: población100
población100
- 1856: Muere William Glass y
muchos isleños emigran a
América del Sur
- 1857: población33
- 1885: población106
- 1885: 15 hombres de la isla
mueren en un barco pequeño
volteado por p una ola enorme.
Muchas viudas y niños
abandonan la isla
- 1885: población59
- 1961: erupción volcánica. Los
habitantes se van a Inglaterra 2
años (nuevas enfermedades)
- 1993: población 300 personas
Archipiélago Británico
Más de la mitad
de los isleños presentan
síntomas de asma
Hereditaria.
3

Tema 12: La estructura
genética é de las poblaciones
Nicholas F.W. (1996)
Griffiths AJ et al. (2000)
Klug W y Cummings MR (1999)
Tamarin RH (1996)
Puertas (1992)
Objetivos:
• Conocer el concepto de población y los
atributosdelamismadesdeelpuntode
atributos de la misma desde el punto de
vista genético
• Describir cómo se ha distribuido el efecto
fenotípico de un locus en una población
• Establecer el significado de equilibrio
genético éti de d una población
bl ió
4

Contenidos
• Conceptos básicos de genética de
poblaciones bl
• Estimación de frecuencias fenotípicas,
genotípicas y génicas, según los
distintos tipos de control genético
•Equilibrio q Hardy-Weinberg: y g concepto, p ,
cálculo y alteraciones en genes
autosómicos y ligados al sexo
Tª de Darwin de la evolución natural:
1. Principio de variación Entre los individuos
de una población hay variación en cuanto a
morforlogía, fisiología, comportamiento
2. Principio de herencia Los descendientes
se parecen a sus progenitores it más á de d lo l
que se parecen a otros individuos no
emparentados
3. Principio de selección En un ambiente
concreto, algunas formas tienen más éxito
que otras en cuanto a su supervivencia y
reproducción
La selección puede
provocar un cambio
en la composición
de una población
Requisito:
Existencia de variación
Evolución: Cambio en una población a lo largo del tiempo. La
población es la unidad más pequeña que puede evolucionar.
5

Población
"Conjunto de individuos (de la misma especie) que
viven en una localidad geográfica determinada y que
real o potencialmente son capaces de reproducirse
entre si y por tanto comparten un conjunto de genes"
ATRIBUTOS
ACERVO GENÉTICO FRECUENCIAS GÉNICAS
Genética de poblaciones
Características genéticas (Estructura)
- Dinámica
- Comportamiento
- Futuro
Fuerzas que alteran las frecuencias
génicas
Variación
Sólo podemos observar la variación fenotípica
Caracteres interesantes:
Caracteres interesantes:
- Forma del cuerpo (razas)
- Variaciones en producción (leche,
huevos,…)
- Susceptibilidad a enfermedades
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Variación genética: Polimorfismo
• Morfológico
• Variación proteica
• Polimorfismos del DNA:
– Fenotipo = Genotipo
– Marcadores neutros
– Transmisión Mendeliana
Estructura Genética de la población:
Frecuencias génicas
• Describen como esta distribuido un locus con
efecto fenotípico p distinguible g en una ppoblación
natural
• Nos proporcionan la variación genética existente
en una población
• Indican si los genotipos se distribuyen
aleatoriamente en tiempo y espacio o hay
patrones perceptibles
• LAS POBLACIONES SON DINÁMICAS
Determinan qué procesos cambian la estructura
genética de la población
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Contenidos
• Conceptos básicos de genética de
poblaciones bl
• Estimación de frecuencias fenotípicas,
genotípicas y génicas, según los
distintos tipos de control genético
•Equilibrio q Hardy-Weinberg: y g concepto, p ,
cálculo y alteraciones en genes
autosómicos y ligados al sexo
Estructura genética de las poblaciones:
otras frecuencias
• Frecuencias fenotípicas: proporciones o porcentajes de individuos
de cada fenotipo p que q están ppresentes en la ppoblación
Nº
individuos de un determinado fenotipo/Nº total de individuos
• Frecuencias genotípicas: proporciones o porcentajes de
individuos de cada genotipo que están presentes en la población
Nº individuos de un determinado genotipo/Nº total de individuos
• Frecuencias alélicas (génicas): proporciones de los diferentes
alelos en cada locus presentes en la población.
Gen: Marrón
MM marrón oscuro
Mm marrón claro
mm beige
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Cálculo de frecuencias alélicas
en codominancia
1.Codominancia o Herencia intermedia
(1 locus con 2 alelos)
LOCUS FENOTIPO INDIVUOS OBSERVADOS
PepB 11 96
12 36
22 2
134
Genotipo Frec. Fenotípicas = F. Genotípicas observadas
11 96/134= 0.717
12 36/134= 0.268
22 2/134= 0.015
Peptidasa B bovina, fijada en razas de Europa y polimórfico en
zebú y razas mixtas
Cálculo de frecuencias génicas a partir de frecuencias genotípicas
LOCUS GENOTIPO INDIVUOS OBSERVADOS FRECUENCIAS
PEPB 11 96 0.717
12 36 0.262
22 2 0.015
134
• Recuento directo
genes:
– Homocigotos: 2 alelos
iguales
– Heterocigotos: 1 alelo de
cada tipo
– Cálculo:
Frecuencia del alelo 1:
• A partir de Frec
Genotípicas:
– Frecuencia de un
alelo = frecuencia de
homocigotos + ½
frecuencia de
heterocigotos
-Cálculo:
f. a de 1= f11+1/2 f12 f. a de 2= f22+1/2 f12 homocigotos 1196 x 2= 192 11 12
Heterocigotos 1236x1= 36
Σ=228
Población=134 individuos
( 2 alelos cada uno ) = 268 alelos
f.a de 1 = 228/268= 0.851
f.a de 1 = 0.717 + 0.268/2 =0.851
f.a de 2 = 0.015 + 0.268/2 = 0.149
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2.Codominancia o Herencia intermedia
(1 locus con más de 2 alelos)
LOCUS GENOTIPO INDIVUOS OBSERVADOS
INRA23 11 84
22 3
33 1
12 18
13 20
23 5 / 131
Genotipo Frec. Fenotípicas = F. Genotípicas observadas
11 84/131 84/131= 00.641 641
22 3/131= 0.023
33 1/131= 0.007
12 18/131= 0.137
13 20/131= 0.153
23 5/131= 0.038
Cálculo de frecuencias génicas a partir de frecuencias genotípicas
Genotipo F. Genotípicas observadas
11 84/131= 0.641
22 3/131= 0.023
33 1/131= 0.007
12 18/131= 0.137 0 137
13 20/131= 0.153
23 5/131= 0.038
f a de 1 = 0 641 + 0 137/2 + 0 153/2 = 0 786
f.a de 1 = 0.641 + 0.137/2 + 0.153/2 = 0.786
f.a de 2 = 0.023 + 0.137/2 + 0.038/2 = 0.1105
f.a de 3 = 0.007 + 0.153/2 + 0.038/2 = 0.1025
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Codominancia o Herencia intermedia
GENERALIDADES
Genotipos numero de individuos Frec. Genotípicas
A1A1 n1 P (n1/N)
A1A2 n2 H (n2/N)
A2A2 n3 Q (n3/N)
p (f.a de A1) = P + H/2 = (2n1 + n2)/2N
q (f.a de A2) = Q + H/2 = (2n3 + n2)/2N
p+q = P + H/2 / + Q + H/2 / = P+H+Q =1
Las frecuencias alélicas oscilan de 0 a 1
La suma de las frecuencias alélicas de los alelos de una
población es 1: p+q+r+..+z=1
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¡Atención!
• Las frecuencias alélicas se pueden hallar
a partir de las frecuencias genotípicas.
• Las frecuencias genotípicas NO se
pueden p hallar a ppartir
de las frecuencias
alélicas
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3.Dominancia completa
(1 locus con 2 alelos)
3.Dominancia completa
(1 locus con 2 alelos)
Locus: Alien
Alelos: A (normal) > a (alien)
¿Frecuencias Fenotípicas?
¿Frecuencias genotípicas?
¿Frecuencias génicas?
LOCUS FENOTIPO INDIVUOS OBSERVADOS
A A/AA (P) ó Aa (H) P + H
aa R
p (frec. A) = P + H/2
q (frec. a) = Q + H/2
No podemos calcular las frecuencias génicas por no conocer
P y H.
Para calcular las frecuencias génicas será necesario establecer:
Ley de Hardy Weinberg
Equilibrio Hardy-Weinberg
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Contenidos
• Conceptos básicos de genética de
poblaciones bl
• Estimación de frecuencias fenotípicas,
genotípicas y génicas, según los
distintos tipos de control genético
•Equilibrio q Hardy-Weinberg: y g concepto, p ,
cálculo y alteraciones en genes
autosómicos y ligados al sexo
Ley de Hardy-Weinberg:
Equilibrio H.W.
• Condiciones:
– Población infinita
– Panmixia
– No selección (ventaja
selectiva)
– No mutación
– No migración
– No deriva
EQUILIBRIO H-W EN GENES AUTOSÓMICOS
EQUILIBRIO H-W EN GENES LIGADOS AL SEXO
Casos:
- CODOMINANCIA/HERENCIA INTERMEDIA
- DOMINANCIA COMPLETA
• Propiedades:
1. Las frecuencias alélicas
predicen las frecuencias
genotípicas.
2. En el equilibrio las
frecuencias no cambian
de generación en
generación.
3. El equilibrio q se alcanza
con una generación de
apareamiento al azar.
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Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes autosómicos, codominancia)
1. Las frecuencias alélicas predicen las frecuencias genotípicas
Frec (A): p
Frec (a): q
A
a
p
q
A
AA
Aa
p
p 2
pq
a
Aa
Aa
q
pq
q 2
p2 :
-Probabilidad P b bilid d de d que 2
gametos A se unan
-Frecuencia de los
homocigotos AA en la
población
2pq:
-Frecuencias de los
heterocigotos
q2 q : 2 :
Frecuencia de los
homocigotos aa
Frecuencias de
Hardy-Weinberg
Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes autosómicos, codominancia)
2. En el equilibrio las frecuencias se mantienen de generación en
generación
Generación Frecuencias Genotípicas
Genotípicas___
A1A1 A1A2 A2A2
F0= Parental
[p(A1) q(A2)]
P H Q
¿Cuáles serán las frecuencias genotípicas en la siguiente generación?
F 1 P'(p 2 ) H'(2pq) Q'(q 2 )
¿Se mantienen las frecuencias alélicas de generación g en ggeneración?
p'(A1) = P' +H'/2 = p 2 + 2pq/2 = p 2 + pq = p (p+q) = p
q'(A2)= Q' +H'/2 = q 2 + 2pq/2 = q 2 + pq = q (p+q) = q
GENOTIPOS ESPERADOS EN EL EQUILIBRIO:
P (A1A1) = p 2 x N; H (A1A2) = 2pq x N; Q (A2A2) = q 2 x N
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Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes autosómicos, codominancia)
La comprobación del equilibrio en una población se debe realizar
comparando datos observados con datos esperados
(test estadístico de χ 2 de bondad de ajuste)
EJEMPLO Hb ovino
GENOTIPO AA AB BB
OBS 73 52 9
N = 134
(p (f.a A)= 0,74 y q (f.a de B) = 0,26)
P (AA) = p
GENOTIPOS ESPERADOS
2xN H(AB) = 2pqxN Q(BB)= q2xN ESP (0,74) 2 x 134=73.4; 2x0,74x0,26x134=51,5; (0,26) 2 x134=9,1
Χ 2 = Σ(O - E) 2 /E
g. l. =nº de genotipos - nº de alelos
Frecuencias genotípicas:
MM 5/10= 0.5
Mm 3/10 = 0.3
mm 2/10 = 0.2
Frecuencias ecue c as génicas/alélicas:
gé cas/a é cas
M: (5 x 2)+ 3 / (2x 10) = 13/20 = 0.65
m: (2 x 2) + 3 / (2 x 10) = 7/20 = 0.35
Gen: Marrón
MM marrón oscuro
Mm marrón claro
mm mm beige
¿ ESTÁ EN EQUILIBRIO GENÉTICO LA POBLACIÓN?
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Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes autosómicos, codominancia)
3. El equilibrio se alcanza con una generación de apareamiento
al azar
f(A/A) f(A/a) f(a/a)
I (n=100) 30 0 70
II (n=100) 20 20 60
III (n=100) 10 40 50
¿Cuál es la frecuencia alélica de A en
cada población?
I p = P + ½ Q = 0.3+ ½ 0 = 0.3
II p = P + ½ Q = 0.2+ ½ 0.1 = 0.3
III p = P + ½ Q = 0.1+ ½ 0.4 = 0.3
OBS. 60 60 180 300
X2 ESP: p
(114 96)
¿Cuál serán las frecuencias genotípicas tras un ronda de cruzamiento
al azar?
A/A A/a a/a
2 (27) 2pq(147) q2 (126) 300
X2 (114,96)
g.l.:1 significativa
(0.3) 2 =0.09 2(0.3)(0.7)=0.42 (0.7) 2 =0.49
ESTUDIO DEL EQUILIBRIO GENETICO EN UNA POBLACION
PLANTEAMIENTO PARA MAS DE DOS ALELOS
Para dos alelos el desarrollo para el cálculo de frecuencias
genotípicas se debe a (p + q) 2 , que representa la combinación al
azar de dos alelos, si fueran tres alelos el desarrollo sería:
(p+q+r) 2 = p2 +q2 +r2 +2pq+2pr+2qr
Ej. Glucosa 6-fosfato deshidrogenasa G6PD en caballos (D,F,S)
Genotipos DD DF DS FF FS SS
nº individuos n1 n2 n3 n4 n5 n6
F.G.esperadas p2 2pq 2pr q2 2qr r2 F.G.esperadas p 2pq 2pr q 2qr r
p(D)= 2n1+n2+n3/2N
q(F)= n2+2n4+n5/2N
r(S)= n6+n5+2n6/2N
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ESTUDIO DEL EQUILIBRIO GENÉTICO EN UNA POBLACION
DOMINANCIA COMPLETA
No se puede calcular exactamente porque no podemos clasificar
genotipos
Se pueden estimar las frecuencias génicas suponiendo que el
l locus está á en equilibrio ilib i genético. é i
Locus: Alien
Alelos: A (normal) > a (alien)
¿Frecuencias Fenotípicas?
¿Frecuencias genotípicas?
¿Frecuencias génicas?
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ESTUDIO DEL EQUILIBRIO GENÉTICO EN UNA POBLACION
DOMINANCIA COMPLETA
Frec. genotipica del Homocigoto recesivo (Q) = q
2
q =
Q
p = 1 - q -------- P = p 2 H = 2pq
Error estandard e.s = pq / N
Ej j Estimar las frecs. Alélicas del sistema ABO conociendo las
fenotípicas:
A: 0.53, B: 0.13; AB: 0.08; O: 0.26
Aplicación
• Estimar la frecuencia de individuos portadores de
una enfermedad autosómica recesiva:
Fibrosis quística: Incidencia:1/2500 = 0.0004
El gen afectado disminuye el transporte de cloruro en las células
de los alvéolos pulmonares lo que provoca una disminución en la
secreción de agua en la superficie celular. El resultado es un
espeso moco que causa congestión en los pulmones. En las
personas sanas las células epiteliales mueven el moco hacia las
vías aéreas y hacia el sistemas digestivo. De este modo los
cuerpos extraños como las bacterias son eliminados de los
pulmones.
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ENFERMEDADES AUTOSÓMICAS RECESIVAS MONOGÉNICAS
Enfermedad Frecuencia Síntomas
Fibrosis quística 1/2000 Norte Europa Infección pulmonar
Deficiencia pancreática
Esterilidad masculina
Fenilcetonuria 1/2000 a 1/5000 Europa Retraso mental
Tay-Sachs 1/3000 Judíos Degeneración neurológica
ceguera, parálisis
Anemia falciforme 1-2/1000 Áreas malaria Anemia
Hematocromatosis 1/500 Acumulación de hierro,
diabetes, cirrosis hepática,
fallo cardíaco
Talasemias 1-2/100 1 2/100 Mediterráneo
zonas malaria
Anemia
Alfa1-antitripsina
(deficiencia)
1/5000 Europa Fallo hepático, enfisema
Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes ligados al sexo (X))
HEMBRAS MACHOS
XA1XA1 XA1XA2 XA2XA2 XA1Y XA2Y
P H Q R S
p de hembras = P + H/2 p de machos = R
q de hembras = Q + H/2 q de machos = S
En un apareamiento al azar con igual número de machos que de
hembras, existe un cromosoma X en los machos y dos
cromosomas X en las hembras hembras, por tanto la frecuencia promedio
será:
(p)=1/3p de machos + 2/3p de hembras=
=1/3(R)+2/3(P+H/2)=1/3(R+ 2P +H)
Si p ≠ p No hay equilibrio genético
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Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes ligados al sexo (X))
El equilibrio genético no se alcanza con una generación de multiplicación al
azar
Frecuencia aléli
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Generaciones
Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes ligados al sexo (X))
Si existe equilibrio no debe haber cambio de frecuencias génicas entre
machos y hembras.
Frecuencias genotípicas en el equilibrio:
HEMBRAS MACHOS
XA1XA1 XA1XA2 XA2XA2 XA1Y XA2Y
p2 2pq q2 p q
En genes recesivos ligados al sexo, las Frec. Genotípicas en
machos (q) son más altas que en las hembras (q2)
LA RELACION ENTRE SEXOS SERA: q/q2
Hembras
Machos
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Ley de Hardy-Weinberg: Equilibrio H.W.
(genes ligados al sexo (X))
Ej Ej. La frecuencia del alelo O
(naranja) del color del pelaje en el
gato es de 0,2. ¿cuál será la
frecuencia de machos y hembras
naranjas? ¿Y de hembras Carey?
Ej. En la especie humana la frecuencia del
alelo de la ceguera a los colores es 0.08.
¿Cuantas veces es más frecuente en
hombres que en mujeres?
En una población en la que no hay selección,
mutación, migración o deriva genética,
1. Las frecuencias genotípicas en la
descendencia vienen determinadas solamente
por las frecuencias génicas de los padres, de
manera que
a. La frecuencia de cada homocigoto será igual al
cuadrado de la frecuencia del alelo correspondiente
b. La frecuencia de los heterocigotos será igual a dos
veces el producto de las correspondientes
frecuencias alélicas
2. Las frecuencias alélicas y genotípicas
permanecen constantes entre generaciones
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3. No hay cambio en las frecuencias alélicas de una
generación a la siguiente.
4. Lo que se transmite de una generación a otra, a
través de los gametos, son los genes, no los
genotipos ti o ffenotipos, ti éstos é t desaparecen d con el l
individuo.
5. El equilibrio implica que, independientemente de
qué genotipos se mezclen en la generación
parental, la distribución genotípica en una ronda
de cruzamiento aleatorio está especificada por las
frecuencias alélicas parentales parentales.
6. Las frecuencias alélicas y genotípicas se
mantendrán mientras se cumplan las condiciones
del equilibrio H-W
¿Evolucionaríauna población en
equilibrio genético?
¿Por qué cambian las poblaciones?
- Los cambios en las poblaciones se deben
más al ambiente que a los genes.
- LLa evolución l ió se ddebe b más á a cambios bi
ambientales que genéticos....
23