Transcript Clase 9 - Fuentes de variabilidad genética y TNE

Genética y evolución
Variabilidad genética
Fuentes de variación en la población:
1. Diferencias en el genotipo: en el ADN, son heredables.
2. Diferencias en el ambiente: afectadas por condiciones
ambientales actuales o recientes y pueden cambiar o
persistir a lo largo de la vida del organismo.
3. Efectos maternos: determinados por el estado fisiológico
y comportamiento de la madre durante la gestación y/o
crianza.
Variabilidad genética:
polimorfismos
Polimorfismo genético: presencia de
dos o más fenotipos (= alelos) en
Harmonia axyridis: 15
una población.
alelos determinan el
color de los élitros
Variabilidad genética:
polimorfismos
Polimorfismo genético: presencia de
dos o más fenotipos (= alelos) en
una población.
Variabilidad genética:
polimorfismos
Polimorfismo genético: presencia de
dos o más fenotipos (= alelos) en
una población.
Variabilidad genética:
polimorfismos
Polimorfismo genético: presencia de
dos o más fenotipos (= alelos) en
una población.
Theodosius Dobzhansky mostró en Drosophila pseudoobscura
que el 10% de los cromosomas son letales en homocigosis →
Casi toda mosca silvestre lleva al menos un alelo que es letal en
homocigosis.
Los polimorfismos con alelos letales son también comunes en
humanos. Promedio 3-5 alelos letales/persona (Morton, Crow y
Muller 1956)
Demuestra una enorme variabilidad genética en
poblaciones naturales
Variabilidad genética:
polimorfismos
Polimorfismo genético: presencia de
dos o más fenotipos (= alelos) en
una población.
D. pseudoobscura: 1/3 de los loci son polimórficos y
muchos alelos se encuentran en alta frecuencia (Lewontin,
Hubby).


De 6000 loci, 2000 serían polimórficos

Lo mismo se da en poblaciones humanas (Harris)
Variabilidad genética:
polimorfismos
Polimorfismo genético: presencia de
dos o más fenotipos (= alelos) en
una población.
Las poblaciones son mucho más diversas de lo
que se pensaba
No puede haber evolución sin variabilidad genética
Origen de la variabilidad
genética: mutaciones
Mutación: alteración en la
secuencia de ADN
Vieja definición: un cambio en morfología, supervivencia ,
comportamiento, o alguna otra caracterísca heredada
(fenotipo)
Nueva definición: un cambio en la secuencia de ADN

Sólo nos incumbe si la mutación es heredable
Tipos de mutaciones:
1. Mutaciones puntuales
1. Descripción: Sustitución de una
base de ADN
a. de reemplazo (no sinónimas)
b. silenciosas (sinónimas)
Tipos de mutaciones:
1. Mutaciones puntuales
1. Sustitución de una base de ADN
a. de reemplazo (no sinónimas)
b. silenciosas (sinónimas)
Ejemplo: La primera mutación
descripta a nivel molecular: anemia
falciforme
Tipos de mutaciones:
1. Mutaciones puntuales
1. Sustitución de una base de ADN
a. de reemplazo (no sinónimas)
b. silenciosas (sinónimas)
2. Cambio de marco por inserción o
eliminación
Causas:
a. errores azarosos en la síntesis
de ADN
b. errores al reparar daños en el
ADN por radiación de alta
frecuencia, o químicos
mutagénicos
Significancia: Crean nuevos alelos
Tipos de mutaciones:
2. Mutaciones en el
cromosoma
1. Inversión: Una sección del cromosoma
se da vuelta (cambio en función reguladora
de un gen)
2. Entrecruzamiento intragénico
(inactivación)
3. Entrecruzamiento en sitios no-homólogos
(duplicación del gen)
4. Translocación: dos cromosomas nohomólogos intercambian segmentos
(origen de nuevas especies)
5. Fisión y fusión: dos cromosomas no homólogos se unen o uno se
divide (origen de nuevas especies)
Tipos de mutaciones:
3. Poliploidía
1. Se agrega al genoma un set
completo de cromosomas
Causa: formación de gametas sin
reducción del número de cromosomas
Significancia: puede formarse
instant[aneamente una nueva especie
por aislamiento reproductivo del
poliploide
Origen de la variabilidad genética:
fuentes externas a la población
1. Hibridización: Cruza entre especies A y B relacionadas pueden
dar descendencia fértil H. Cruza entre H y A introduce alelos de B
en las poblaciones de A.
Origen de la variabilidad genética:
fuentes externas a la población
2. Transferencia horizontal de genes: material genético
idéntico se encuentra en especies no emparentadas →
virogenes en genomas de vertebrados
3. Simbiosis: Líquenes (algas con hongos); algas
endosimbiontes de corales; virus y plásmidos con bacterias;
mitocondrias y chloroplastos con células eucariotas. (Lynn
Margulis, Escuela simbiótica)
Tasa de mutación e implicancias
evolutivas
La tasa es baja, aprox. 10-5 mutaciones por locus → cambios
en frecuencia de alelos (evolución de una población) sólo por
mutación es poco probable. Pero si el número de genes es
alto, aprox. 150.000 en humanos, entonces
10-5 X 105 = 1 mutación por genoma haploide en humanos
Entonces, en una población de 500.000 habitantes habrá un
millón de nuevas mutaciones/generación.
Mínima fracción favorable → materia prima para adaptación
Ayuda a explicar la gran variabilidad genética en
poblaciones naturales
Efectos en el fenotipo
Varía de nulo a drástico: mutaciones sinónimas; número de
pelos en el cuerpo, color de ojos, frecuencia de batido de alas
(Drosophila), tamaño de alas o extremidades, mutaciones en
genes que afectan desarrollo embriológico (homeóticos).
Efectos en el fenotipo
Varía de nulo a drástico: mutaciones sinónimas; número de
pelos en el cuerpo, color de ojos, frecuencia de batido de alas
(Drosophila), tamaño de alas o extremidades, mutaciones en
genes que afectan desarrollo embriológico (homeóticos).
Limitaciones del efecto de mutaciones
Afectan estructuras y procesos ya existentes.
Si la base embriológica no existe, la
estructura no puede formarse.
Esto implica que algunas
innovaciones fenotípicas son más
probables de evolucionar que otras
Limitaciones del
efecto de mutaciones.
Ejemplos.
225 millones de casos de malaria;
mueren 781.000 personas. Presente en
mas de 100 países en todos los
continentes
Anemia falciforme: enfermedad de la
sangre que, en heterocigosis otorga
resistencia a la malaria
Sólo se encuentra en África. En Papúa
Nueva Guinea, donde se encuentran todas
la variedades existentes de malaria en alta
frecuencia, la mutación no ha surgido
Limitaciones del
efecto de mutaciones.
Ejemplos.
El “pulgar” del panda: no es un
verdadero dedo sino una extensión del
hueso sesamoide que le permite
sostener el bambú.
Una solución “ideal” hubiera sido un
pulgar oponible. Las mutaciones (y la
selección natural) no “inventan”
soluciones ideales.
Mutaciones como proceso al azar
Al azar: Las mutaciones suceden al azar porque no
hay nada que las “dirija” hacia un fenotipo u otro.
No al azar: Hay mutaciones más probables que otras.
Ej. son más comunes las transiciones que las
transversiones; es más común la
pérdida de una
función que su recuperación
Ventajas evolutivas de la
reproducción sexual
Reproducción sexual: Unión (singamia) de dos
genomas seguido por la reducción al número original
de cromosomas en gametas.
Reproducción asexual: la descendencia surge de
la propagación de un grupo de células o de una
célula no fecundada (partenogénesis). La meiosis no
se produce y la descendencia es idéntica
genéticamente a la madre.
Desventajas evolutivas de la
reproducción sexual
1. La recombinación destruye combinaciones de genes
adaptativas.
2. El sexo es costoso, peligroso y complicado.
3. El sexo requiere más de un individuo: una hembra
partenogénica produce el doble de descendencia que una
hembra con reproducción sexual. Los individuos asexuales
son doblemente ventajosos sobre los sexuales
Algunas hipótesis de las
ventajas evolutivas del sexo
Pero muchos organismos alternan
reproducción sexual y asexual
Recombinación
1. Beneficio inmediato
La recombinación facilita la reparación de
daños del ADN → la creación de nuevas
combinaciones es un producto secundario de
del mecanismo molecular de reparación.
2. Variación y selección
Recombinación, posible eliminación de
mutaciones deletéreas, “boleto de lotería”, etc.
Antecedentes de la Teoría Neutral
de Evolución Molecular

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

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Tasa de mutación baja, genoma grande y alto n° de individuos 
mutaciones se acumulan y aumentan la variabilidad genética.
Mutaciones neutras (sin efecto en el fenotipo y/o en el fitness)
sujetas a deriva génica.
Sustitución constante entre alelos.
En los '60  selección natural como determinante de
polimorfismos en la población.
En 1966 Lewontin y Hubby (trabajos de polimorfismo en
Drosophila)  la selección natural no puede mantener tal
cantidad de polimorfismos.
Teoría Neutral de Evolución
Molecular (TNE)

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
1968 - Motoo Kimura calcula la tasa de evolución de
aminoácidos en proteínas en especies diferentes con respecto
al tiempo de divergencia de un ancestro común.
Proteínas evolucionan a tasa similar en especies diferentes 
tal constancia no se espera bajo selección natural sino bajo
deriva génica.
Se inicia el debate neutralista-seleccionista
Teoría Neutral de Evolución
Molecular (TNE)
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1968 - Motoo Kimura calcula la tasa de evolución de
aminoácidos en proteínas en especies diferentes con respecto
al tiempo de divergencia de un ancestro común.
Proteínas evolucionan a tasa similar en especies diferentes 
tal constancia no se espera bajo selección natural sino bajo
deriva génica.
Se inicia el debate neutralista-seleccionista
TNE
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Si bien una minoría de las mutaciones tienen efectos en el
fitness y pueden ser fijadas o eliminadas por selección
natural, la mayoría de las mutaciones son neutras y
son fijadas por deriva génica.

Sustituciones moleculares ocurren a una tasa constante y
pueden ser usadas como un “reloj molecular”. Permite
estimar el tiempo de divergencia entre taxones.
Teoría Neutral de Evolución
Molecular (TNE)


NO dice que las características fisiológicas, morfológicas y de
comportamiento evolucionan por deriva génica, (afectan el fitness
 selección natural)
SI dice que la mayor parte de la variación A NIVEL MOLECULAR
tienen efecto evolutivo neutro (mutaciones sinónimas o con poco
efecto a nivel fisiológico)
Teoría Neutral de Evolución
Molecular (TNE)
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NO dice que las características fisiológicas, morfológicas y de
comportamiento evolucionan por deriva génica, (afectan el fitness
 selección natural)
SI dice que la mayor parte de la variación A NIVEL MOLECULAR
tienen efecto evolutivo neutro (mutaciones sinónimas o con poco
efecto a nivel fisiológico)
Selección y deriva pueden actuar simultáneamente, pero la deriva
es más importante cuanto menor sea la diferencia en fitness y
menor el tamaño poblacional.
La tasa de evolución neutral será mayor en
 Genes que codifican proteínas con efectos poco importante
para el fitness
 La tercera posición de los codones
 En intrones y pseudogenes (no codificantes)
La base del reloj molecular

Consideremos

una población de tamaño Ne

Con tasa de mutación u0

El número de nuevas mutaciones es u0 x 2Ne

La probabilidad de que una mutación se fije es 1/(2Ne)
La base del reloj molecular


Consideremos

una población de tamaño Ne

Con tasa de mutación u0

El número de nuevas mutaciones es u0 x 2Ne

La probabilidad de que una mutación se fije es 1/(2Ne)
El número de mutaciones neutrales que se fijen en una
generación dada es = u02Ne x 1/(2Ne)

El tiempo promedio de fijación de estas mutaciones = 4Ne
generaciones, por lo que el número de mutaciones neutrales
debe ser igual en cada generación

CONCLUSIÓN: La tasa de fijación de mutaciones es
teóricamente constante y es igual a la tasa de
mutaciones neutras