Gen ética de POBLACIONES

1. Genética dePOBLACIONES JA CARDé, phd Biol 3306 – Lab de Genética UPRAG Verano 2014

2. Objetivos • Al terminar la discusión de esta presentación los estudiantes podrán: • Definir lo que es genética de poblaciones, pool genético, población, polimorfismo. • Calcular frecuencia alélica, frecuencia genotípica. • Explicar lo que es el principio de Hardy-Weinberg. • Mencionar los factores que afectan el equilibrio de Hardy-Weinberg. • Realizar un experimento de genética de poblaciones aplicando la ecuación de Hardy-Weinberg

3. Introducción • Genética de poblaciones – surge en los 1920’s-30s • Trabaja con las frecuencias de genes en una población al pasar generaciones y con la variación de estas frecuencias: • Porque existen?Se extienden en toda la población?Como cambia a través de las generaciones? • Fundada por Ronal Fisher, Sewal Wright y J.B. Haldane • Basada en trabajos publicados por: GH Hardy y W. Weinberg (1908) • sugieren que las frecuencias de genes no dependen de la dominancia o recesividad sino que permanecen sin cambios entre generaciones si se dan unas condiciones “ideales” • - describen una ecuación (El principio de HW sobre el equilibrio genético) que es la base de la genética de poblaciones.

4. Genes en poblaciones • Genética de poblaciones – • Se considera una extensión de la genética mendeliana • Se cambia el enfoque individual a poblacional • Pool genético: compuesto por todos los alelos de cada gen en una población. • El geneticista de poblaciones estudia: • la variación genética dentro de ese pool • Como cambia al pasar de una generación a otra.

5. Queesunapoblación? • Grupo de individuos de una misma especie que ocupa una misma región y que se cruzan o aparean entre si. • Poblaciones grandes se componen de poblaciones pequeñas o locales (demes) • Para los miembros de los demes es mucho mas probable que se apareen entre si que entre los miembros de la población grande • Las demes (y us miembros) estan separados unos de otras por barreras geográficas.

6. Queesunapoblación? • Por lo general son dinámicas y sufren cambios entre generaciones como por ejemplo en: • Tamaño • Localización geográfica • Composición genética Se estudian matemáticamente para predecir como su pool genético puede ser afectado en función de los cambios arriba mencionados. Ej: El Teorema de Hardy-Weinberg - (p + q)2 = 1

7. Monomórficosvspolimórficos • Los genes pueden ser clasificados como monomórficos o polimórficos. • Polimorfismo: se han observado variaciones dentro de una población en muchos rasgos • Ej: Happy-face spider de Hawaii • Todos son la misma especie, Theridiongrallator • Difieren en alelos para colores y patrones

8. Monomórficosvspolimórficos • Al nivel de DNA polimorfismo se debe a • Dos o mas alelos que influyen el fenotipo • O en otras palabras, a variación genética • Polimorfismo: también se usa para describir que existe comúnmente como 2 o mas alelos en la población • Monomorfismo; cuando un gen existe predominantemente como un solo alelo • Cuando un alelo se encuentra en el 99% de los casos se considera monomorfico • SNP – single nucleotidepolymorphism – tambien puede existir, formas con cambio en una sola base (90% de las personas lo tenemos)

9. Monomórficosvspolimórficos • Al nivel de DNA polimorfismo se debe a • Dos o mas alelos que influyen el fenotipo • O en otras palabras, a variación genética • Polimorfismo: también se usa para describir que existe comúnmente como 2 o mas alelos en la población • Monomorfismo; cuando un gen existe predominantemente como un solo alelo • Cuando un alelo se encuentra en el 99% de los casos se considera monomorfico • SNP – single nucleotidepolymorphism – tambien puede existir, formas con cambio en una sola base (90% de las personas lo tenemos)

10. Frecuenciasgenotipicas, alélicas y genotípicas • Al nivel de DNA polimorfismo se debe a • Dos o mas alelos que influyen el fenotipo • O en otras palabras, a variación genética • Polimorfismo: también se usa para describir que existe comúnmente como 2 o mas alelos en la población • Monomorfismo; cuando un gen existe predominantemente como un solo alelo • Cuando un alelo se encuentra en el 99% de los casos se considera monomorfico • SNP – single nucleotidepolymorphism – tambien puede existir, formas con cambio en una sola base (90% de las personas lo tenemos)

11. Polimorfismos:

12. Frecuenciasgenotipicas, alélicas y genotípicas Número de copias de un alelo en unapoblación ________________________________ Número total de todos los alelosparaese gen en la población • Frecuencia alélica: • Frecuencia genotípica Número de individuos con el genotipo particular en la población _______________________________ Número total de todos los individuos en la población

13. Frecuenciasgenotipicas, alélicas y genotípicas • En una población con 100 plantas de guisantes: • 64 altas TT • 32 altas Tt • 4 enanas tt • Frecuencia alélica para t: = número de copias para alelo t • total de alelos T+ t • t en homocitogotos(2)(4) + 32  t en heterocigotos • (2)(64) + 2(32) + 2(4) • todos los individuos tienen dos copias de cada gen • PLT – frecuencia de alelo t = 40/200 = 0.2 o 20%

14. Frecuenciasgenotipicas, alélicas y genotípicas • En una población con 100 plantas de guisantes: • 64 altas TT • 32 altas Tt • 4 enanas tt • Frecuencia genotípica para tt: = número de individuos tt • total de individuos • Ffrecuencia de genotipo tt = 4 64 + 32 + 4 • PLT – frecuencia de genotipo tt = 4/100 = 0.4 o 4%

15. Frecuenciasgenotipicas, alélicas y genotípicas • Para un rasgo dado, las frecuencias alélicas y genotípicas seran siempre menos o igual que 1. • O sea menos o igual que 100% • Para genes monomorficos • La frecuencia alelica para un alelo simple siempre sera igual o cercana a 1.0 • Para genes polimorficos • Las frecuencias de todos los alelos deben sumar a 1.0 • En el ejemplo de la planta: • La frecuencia del alelo T + la frecuencia del alelo t = 1 • La frecuencia del alelo T = 1 – frecuencia del t • = 1 – 0.2 = 0.8 o 80%

16. El equilibrio de hardy-weinberg • Formulado por separado por Godfrey Harold Hardy y Wilhelm Weinberg en 1980 • La ecuación es una expresión matemática simple que relaciona las frecuencias alélicas y genotípicas en una población • La ecuación de HW también se le conoce como el equilibrio • En condiciones ideales: • Las frecuencias alélicas y genotípicas no cambiarán al pasar las generaciones

17. La ecuaciónhardy-weinberg en acción • Considera un gen polimórfico con dos alelos A y a • La frecuencia del alelo A será p • La frecuencia del alelo a será q • p + q = 1 • Para este gen, la ecuación de HW establece que: • (p + q)2 = 1 • p2 + 2pq + q2 = 1 • frec genotipica de AA + frecgenotipica de Aa + frecgenotipica de aa = 1

18. La ecuación hardy-weinberg en acción • Si p = 0.8 y q = 0.2, y si la población esta en equilibrio HW, entonces • La frecuencia de AA = p2 = (0.8)2 = 0.64 • La frecuencia de Aa = 2pq = 2(0.8)(0.2) = 0.32 • La frecuencia de aa = q2 = (0.2)2 = 0.04 • Como compara HW con Punnet?

19. Condicionesideales? • La ecuacion de HW predice el equilibrio si ciertas condiciones existen en la población, a saber: • No ocurren mutaciones nuevas • No hay deriva genetica por el tamaño grande de la población: (las frecuencias alelicas no cambian) • No hay migración • No hay selección natural • No hay apareamiento al azar • Se dan estas condiciones ?

20. Relación entre frecuenciasalélicas y genotípicas • Dependiendo del valor absoluto de la frecuenciaalelica sera el genotipoquepredomina • AA predominacuando? • Aacuando? • aacuando?

21. Volviendo a lasCondicionesideales? • En la realidad ninguna población satisface las condiciones ideales de HW por completo • En algunas poblaciones grandes naturales hay poca migración y selección natural descartable • PLT se asume que se aproximan al equilibrio HW y se estudian para ciertos genes • Se usa la prueba del X2, paraevaluarlas en términos de lo esperadovs lo observado • ENTONCES: Quefactoresafectan el equilibrio HW? • Mutaciones • Derivagenética • Migración • Selección natural • Apareamiento al azar

22. Factoresqueafectan el equilibrio HW

23. Mutaciones • Puedenocurrir al azar y espontaneas a bajasfrecuencias • Agentesmutagenicoslasaceleran • Beneficiosas + • Neutrales +++ • Detrimentales +++ • Como afectan el equilibrio: • Introducennuevosalelos a la poblacióna bajasfrecuencias • Para queestossuban en la frecuencia en la poblacion los otrosfactorestienenqueoperarsobreellos

24. Derivagenetica • Cambios al azar en frecuenciasalélicasdebidos a fluctuaciones de forma aleatoria • Las frecuenciasalalélicas se van a la deriva de la suerte entre unageneración y otrapor la suerte • Al cabo de mucho tiempo la derivagenéticafavorece la pérdida o ganancia de un aleloperoestodepende del tamaño de la población

25. Migración • Migracion: inmigración – emigración • Ocurre entre poblaciones • Migrantestraeránnuevosalelospuedencambiar la frecuenciaalélica • El efecto de la presión del ambiente en favor de un rasgo • Seleccionapor el organismo con rasgosquefavorecensusupervivencia y PLT sureproducción • Algoque les permitallegar a la edad de apareamiento • Camuflajes, diversificacion de alimentos Selección Natural

26. Apareamiento NO al azar • Individuosescogensusparejasbasado en sufenotipo o sulinajegenetico • Estopuedealterarlasproporcionesrelativas de homocigotos y heterocigotosquepredice HW

27. Ejercicio • El teorema de Hardy Weinberg • usado para determinar las frecuencias de alelos individuales de un par de genes y la frecuencia de heterocigotos y homocigotos en una población • establece que la frecuencia de genes permanecerá constante durante varias generaciones en una población grande si no intervienen fuerzas externas como: • mutaciones • selección • deriva genética aleatoria • migración. • El hecho es que en poblaciones naturales grandes los eventos antes mencionados ocurren, • Sin embargo el teorema HW es útil porque las desviaciones NO esperadas pueden señalar a un evento evolutivo significativo como especiación • EOP: como los eventos de arriba ocurren, se puede predecir por cuanto cambiara la frecuencia de alelos, si cambia mas de lo estimado entonces es porque un evento no contemplado ahí ocurrió.

28. Ejercicio • La distribución de las frecuencias de dos alelos para un gen dado en un locus simple, uno siendo dominante y el otro recesivo, seguirá la distribución binomial en la población. Veamos el siguiente caso de dos alelos para un gen, uno dominante y el otro recesivo: • p = la frecuencia de un alelo • q = la frecuencia del otro alelo • Si sus frecuencias las expresamos en decimal, lo siguiente es correcto: • #1 p + q = 1 y • #2 p = 1 – q PLT • #3 (p + q )2 = 1.Expandiendo la binomial entonces • (p + q ) x (p + q) = • p x p + p x q + q x p + q x q = • p2 + pq + qp + q2 = • p2 + 2pq + q2, PLT (p + q ) 2 = • #4 p2 + 2pq + q2 = 1

29. Ejercicio • Cuando la ecuación # 3 es aplicada a una población en condiciones “ideales” , resulta que: • - la frecuencia del alelo homocigoto dominante = p2 • - la frecuencia de los heterocigotos es = 2pq • - la frecuencia del alelo homocigoto recesivo = q2 • Ejemplo • Un famoso geneticista, Prof Ed. V. Otek, tenía una clase de genética numerosa. • En su clase probo la habilidad del grupo para detectar el sabor de feniltiocarbamida (PTC). • El gene para este rasgo tiene dos alelos, uno dominante (T) y otro para el recesivo (tt). • El encontró que de sus 1000 estudiantes, 700 podían probar el PTC y 300 no mostraron la habilidad. • El usóla ecuación de HW para determinar las frecuencias de los genes para los alelos T y t. Lo que sigue fue su análisis.

30. Ejercicio • A. Convertir la data cruda en decimales: • - frecuencias de los genotipos probadores de PTC: 700/1000 = 0.7 • - frecuencias del genotipo no probador de PTC: 300/1000 = 0.3 • B. Determinación de la frecuencia del gene del alelo único (tt) • de la ecuación #3, (p + q)2 = 1, la frecuencia de q2, no probadores, tt = 0.3 • - buscando la raiz cuadrada de q2=q, o sea raiz cuadrada de 0.3, q=0.5477, PLT, la frecuencia del alelo t en esta población era 0.5477

31. Ejercicio • C. Determinación de la frecuencia del otro alelo, p: - usando la ecuación #1, (p=1-q), PLT p = 0.4523 • D. Determinación de la frecuencia de homocigotos (TT) y de heterocigotos (Tt) en la población. • usando la ecuación #3, p2 + 2pq + q2 = 1, • - sustituyendo, (0.4523)2 + 2(0.4523 x 0.5477) + (0.5477)2 = • la frecuencia de probadores homocigotos es TT, p2 = (0.4523)2 = 0.2046 • - la frecuencia de probadores heterocigotos, Tt, pq, = (0.4523 x 0.5477) = 0.4954

32. Exerimento • Objetivo: • -Estudiantes examinarán el efecto de mutaciones, deriva genética, selección natural en la frecuencia de un gen en una población por la ley de HW de equilibrio genético. • -Usando una computadora y acceso a la Internet, los estudiantes exploraran como una piscina de genes hipotética cambia de una generación a otra. • Hipotesis: • -Sino hay selección para ningún alelo en una población grande donde el apareamiento ocurre al azar, entonces la frecuencia de genes se mantendrá constante durante muchas generaciones. • -Sialguna de las fuerzas externas esta operando en la población, entonces la frecuencia de genes cambiara con el tiempo.

33. Experimento 1 – Estimado de la frecuencia de genes para el rasgo de PTC en una población pequena. • Este experimento trabaja con la determinación de la frecuencia de un rasgo humano entre estudiantes con ninguna ventaja de selección conocida, la habilidad de detectar PTC. • Este rasgo es dominante autosomal con el alelo T. Los individuos que detectan el PTC seran o TT o Tt. Los que no lo detectan serantt. • 1. Cada estudiante obtendra una cinta con PTC y una control • 2. Prueba primero la control. • 3. Prueba luego la PTC • 4. Para toda la clase registrar el numero total de estudiantes positivos y el numero de negativos.

34. Datos - Resultados • 5. Determinar los valores decimales para los positivos (p2 + 2pq) y los no probadores (q2). • 6. Tabular resultados en tabla 1. Usar ecuación de HW para determinar p y q para la clase Conclusión: Como comparan el valor de la clase con lo esperadopara NA? BONO: Análisis de X2

35. Referencias • Brooker, Robert J. (2014). GeneticsAnalysis & Principles. (Quinta Edición). New York, McGraw-Hill Companies, Inc. • http://anthro.palomar.edu/synthetic/synth_2.htm • http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/H/Hardy_Weinberg.html • http://www.phschool.com/science/biology_place/labbench/lab8/hardwein.html • https://www.youtube.com/watch?v=xPkOAnK20kw