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Tema 15: Alteraciones del equilibrio Hardy-Weinberg:equilibrio Hardy Weinberg:

Procesos dispersivosNicholas F.W. (1996)

Klug W y Cummings MR (1999)Tamarin RH (1996)

Puertas (1992)Falconer (1996)

Objetivos:

• Conocer la importancia del tamaño de las bl i l f t l ipoblaciones y el efecto que el mismo

puede tener sobre ellas.• Entender el significado de Deriva genética

en poblaciones pequeñas.• Comprender el concepto de• Comprender el concepto de

consanguinidad.

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Contenidos

• Poblaciones pequeñas• Deriva genética• Tamaño efectivo de la población• Endogamia: concepto, cálculo y efectos

Procesos sistemáticosProcesos dispersivos

Alteraciones del equilibrio Hardy-Weinberg

Procesos dispersivos

Afectan a las poblaciones de tamaño pequeño, NO sabemos en que dirección va ir el cambio:

- Deriva genética- Deriva genética - Consanguinidad

HomocigosisFluctuaciones erráticas de las frecuencias génicas

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Deriva genéticaCambio en las frecuencias génicas como consecuenciade la reproducción de un número pequeño de individuos.

Resultado de un millón de lanzamientos de moneda: 50% caras 50% cruces

Resultado de 10 lanzamientos de moneda:lanzamientos de moneda: ¿50% caras 50% cruces?

Errores aleatorios de muestreo

Deriva genética

A1A2 A1A2 n=2A1A2 A1A2 n=1000

A2A2A1A2A1A1

1/4 1/2 1/4Probabilidades

2 individuos A1A1

1/4 1/2 1/4ProbabilidadesA2A2A1A2A1A1

25% individuos A1A1

n=22 individuos A1A22 individuos A2A21 A1A1 + 1 A1A21 A2A2 + 1 A1A21 A1A1 + 1 A2A2

n=100025% individuos A1A150% individuos A1A225% individuos A2A2

4

Deriva genética

1.Las frecuencias cambian de una generación a la siguiente como consecuencia de unerror de m estreo No podemos conocer q é alores tendrán las frec enciaserror de muestreo. No podemos conocer qué valores tendrán las frecuencias.2. No hay cambio sistemático en la frecuencia alélica, no podemos predecir qué alelo seconvertirá en el más común o el más raro.3.Las poblaciones tienen a fijar uno de los alelos presentes en la población Pérdida dediversidad genética.4.El tiempo de fijación es inversamente proporcional al tamaño de la población. A mayortamaño, menor efecto de deriva.

Número de progenitores que intervienenen una generación para formar la

Tamaño efectivo de la población

en una generación para formar lasiguiente.

4NhNmNh+NmNe=

Ej. n=1000nº de parejas = 300

Ne = 600Ej. Si uno de los sexos esta limitado (I.A)

Nm= 3Nh= 300

Ne= 4. 300 . 3 /300 + 3= 11

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Visualización de la variaciónVisualización de la variación de frecuencias en programas

de deriva- Deriva genética II

Deriva promedio- Deriva promedio(Dr. Pelayo Casares, Universidad de Oviedo)

Poblaciones pequeñas• Poblaciones grandes:

– Frecuencias estables de generación en– Frecuencias estables de generación en generación en condiciones HW

• Poblaciones pequeñas:– Inestabilidad de frecuencias– Cambios debidos al muestreo– Se transmite una muestra de genes a la

siguiente generación. Si la muestra no es grande cambio entre generaciones

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Origen de las poblaciones pequeñas

1 Aislamiento reproductivo 3 Efecto fundador1. Aislamiento reproductivo

2. Cuello de botella

3. Efecto fundador

1. Aislamiento reproductivo

1. División geográfica (por fenómenos naturales o artificiales) POBLACIONES AISLADASreproductivamente.reproductivamente.

Ef t d l

Y polymorphisms: Haplogroup frequencies across Central Asia. From Zerjal et al, 2002.

Sociedad Canadiense de Parques y Vida Silvestre

Efecto de la selección natural

Efecto del aislamiento reproductivo

EVOLUCIÓN

- Aleatorio debido al muestreo.- No tiene en cuenta la eficacia biológica.- Afecta a los genotipos (puede dar lugar o no a cambios fenotípicos)- Mayor efecto en poblaciones pequeñas.- Efecto mayor que selección en caracteres con frecuencias muy bajas.

-Direccional según la eficacia biológica.- Actúa sobre los fenotipos.- Ignora los alelos neutros.- Mayor efecto en poblaciones grandes

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2. Cuello de botella

2. Reducción del tamaño de la población a un número pequeño de supervivientes.

Causas: -Catástrofes naturales-Pesca o caza incontrolada.- Utilización de IA o pocos reproductores

3. Efecto fundador

• Establecimiento de una población nueva a ti d ñ ú dpartir de un pequeño número de

individuos procedente de otra población.

Población original

Nueva población genéticamente distinta a la original.

Pérdida de variabilidad por el muestreo y la deriva.

Supervivientes/ fundadores

Nueva población:-Más homogénea.-Incremento de frecuencia de alelos raros

Diferenciación de poblaciones

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Ne=10

Efectos de la deriva genética

Ne=25

Ne=1000

La deriva en poblaciones con Ne pequeños, originará cambios en las frecuencias

génicas más importantes que la migración o selección.

Efectos de la deriva genética

• Las poblaciones se hacen homocigotas, tendiendo a fijarse uno de los alelos éstetendiendo a fijarse uno de los alelos, éste no tiene que ser el de mayor eficacia biológica

• Las frecuencias génicas fluctúan al azar y tras muchas generaciones tienden a la fijaciónfijación

• Los alelos perdidos por deriva se pueden introducir por mutación y llegar a un equilibrio

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Proc. dispersivo + Proc. sistemático

NeutralizaciónProceso dispersivo menor del esperado

Deriva + migración• Un pequeño porcentaje de migrantes evita mucho

el proceso dispersivo

• Selección a favor del heterocigoto:Proceso dispersivo menor del esperado

Deriva + selección

Deriva heterocigotosSelección heterocigotos

• Selección a favor de un alelo o en contra de un recesivo

Favorece el proceso dispersivo y la fijaciónFavorece el proceso dispersivo y la fijación• Selección:

Natural heterocigotoArtificial heterocigoto

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Endogamia / ConsanguinidadConsanguinidad: Efecto producido por el cruce de individuos emparentados.

AUTOCIGOSIS. La presencia de dos alelos idénticos por ascendencia en un individuo. Deben ser copias de un mismo alelo presente en un antecesor .

COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD (F)Probabilidad de que un individuo en un locus dado, reciba dos alelos idénticos por ascendencia.

( ) ( )F varia de 0 (no hay endogamia ) a 1 (el individuo es autocigoto)

COEFICIENTE DE PARENTESCO. Probabilidad de que dos genes tomados al azar de dos individuos de una población sean idénticos por ascendencia.

Fx en genealogías

• Fx: coeficiente de consanguinidad de un xindividuo de genealogía conocida

• Fx : no describe el proceso dispersivo• Fx : útil en el estudio de sistemas de

endogamia estrecha• El cálculo de Fx requiere mucha información

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A B

Cálculo del coeficiente de Consanguinidad

A B A B

C D

XE F

A B

C D

E F

Fx: Probabilidad de que un individuo en un locus dado, reciba dos alelos idénticos por ascendencia.

X

Cálculo del coeficiente de Consanguinidad

2. ANALISIS DE GENEALOGIAS

Fx: probabilidad de que un individuo sea homocigoto idéntico porascendenciaF P ( b)Fx = P (a=b)

A

XB C CB

A

EDGFIH

(a,b)

- Antepasado comúna ambos padres- Al aumentar el número de generaciones hasta el ancestro común

X

IHKJ

el ancestro común disminuye Fx

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Cálculo de Fx (Met. Wright) 1A

XP Q

CB(A1A2)

Probabilidad de X de ser homocigoto idéntico por ascendencia:X idéntico por ascendencia:

1º Prob. X = A1A1

A

XP Q

CB(A1A2)

(A1/ )1/2 1/2

1/2(A1/ )

1/2

12

4

2º Prob X = A2A2

12

412

32 =

X 1/2(A1 A1 )

1/2 2 Prob. X A2A2

12

42 2

Consanguinidad derivada de A como ancestro común de P y Q

A

XP Q

CB(A1A2)

Si A era homocigoto por ascendencia el heterocigoto A1A2 también lo será:

Cálculo de Fx (Met. Wright) 2

X el heterocigoto A1A2 también lo será:1º Prob. X = A1A2

A

XP Q

CB(A1A2)

(A1/ )1/2 1/2

1/2(A2/ )

1/2

12

4

2º Prob. X = A2A1

2 =

1 4

12

4 12

3

FA: probabilidadX 1/2(A1 A2 )

1/2

Consanguinidad derivada de A como ancestro común homocigoto por ascendencia

12

4 FA: probabilidad de A de ser idéntico por ascendencia1

23FA

13

A

XP Q

CB(A1A2) Cálculo de Fx (Met. Wright) 3

X1º Prob. Derivada de la presencia de un ancestro común 1

23

2º Prob. Derivada de la consanguinidad del ancestro común

+12

3 12

3

1 3

FA

Adel ancestro común

FX: probabilidad de X de ser idéntico por ascendencia

12

3FA

12

3(1 + FA)FX=

A

P Q

Pedigrí con el ancestro más l j d i

Cálculo de Fx (Met. Wright) 4

AB C

D12

6(1 + FA)FX=

P---D---B---A---C---Q

XP Q

alejado en generaciones

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F en poblaciones

• F: Probabilidad de que cualquier individuo q qsea homogicoto idéntico por ascendencia

• F: coeficiente de consanguinidad promedio de todos los individuos de una población

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Cálculo del Coeficiente de Consanguinidad

1. ANALISIS DE POBLACIONESDisminución relativa de heterocigotos en la población causada por endogamia.

H H

Ho = Proporción de heterocigotos observados en la poblaciónHe = Proporción de heterocigotos esperada en E. H-WHet. obs = Het esp, 2pq = H F = 0Ej 100 i di id

He-HoF=---------------

He

Ej n = 100 individuos Datos observados:

A1A1 = 54A1A2 = 32A2A2 = 14

p = 0.7 q = 0.3Ho = 0.32 He = 2*0.7*0.3 = 0.42 F= 0.24

Efectos genéticos de la consanguinidad I

• Producción de individuos homozigotos l l ipara alelos recesivos.

• Muchos recesivos son deletéreosdisminución en la eficacia biológica: depresión consanguínea

• Altos niveles de depresión consanguínea• Altos niveles de depresión consanguínea en individuos procedentes de poblaciones con reproducción al azar

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Efectos genéticos de la consanguinidad II

• Se ha utilizado en programas de mejora i l d é ti ( t l )en animales domésticos (y vegetales)

• El cruce de dos líneas consanguíneasvigor híbrido:– Individuos más vigorosos en caracteres

deseables que las líneas paternasq p– Normalmente este vigor híbrido alcanza sólo

una generación