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Evolución molecular, Apuntes de Zoología

Asignatura: Zoología (grado), Profesor: Javier Pérez Tris, Carrera: Biología, Universidad: UCM

Tipo: Apuntes

2013/2014

Subido el 15/01/2014

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Evolución molecular y filogenética molecular.
La biología molecular y la genética han supuesto un verdadero cambio en la clasificación de las especies
y la evolución de estas en el eje temporal con la sistemática filogenética.
En el contexto biológico, evolución es un cambio del perfil genético de una población de individuos, que
puede llevar a la aparición de nuevas especies, a la adaptación a distintos ambientes por medio del
mecanismo de selección natural.
Mediante el análisis de la secuenciación de los DNAs se puede llegar a establecer importantes
perspectivas de cómo han evolucionado determinadas especies y la proximidad entre estas.
Debido a que los genes son el medio para registrar las mutaciones acumuladas, estos pueden servir de
fósiles moleculares. A través del análisis comparativo de secuencias de ADN de una serie de organismos
relacionados, la historia evolutiva de los
genes e incluso de los organismos puede ser revelada. Por lo tanto es posible construir árboles
logenéticos más precisos y robustos utilizando datos moleculares.
La ingeniería genética posee un papel muy importante en este campo y uno de los métodos más
utilizados es la hibridación entre ácidos nucleicos:
. La hibridación es la reconstrucción de estructuras bicatenarias a partir de moléculas
monocatenarias de distinto origen y con secuencias más o menos complementarias. Mediante la
hibridación entre DNAs heterólogos en la que ssDNAs de distintas fuentes reasocian para la formación
de un DNA híbrido, estructurado en doble hélice en las regiones de secuenciación complementaria y
formando burbujas en el resto. El análisis estructural del híbrido permite deducir el porcentaje de
doble hélice en la molécula, lo que a su vez el índice del grado de complementariedad de ambas
cadenas. De este modo, mediante el aislamiento de DNA de dos especies biológicas, su desnaturalización
y posterior hibridación, se puede estudiar el grado de semejanza de sus genomas y deducir las
relaciones filogenéticas entre ambas. Esto permite abordar el estudio de filogenias, basado en la
comparación de secuencias de genes homólogos particulares.
En base a esto se ha propuesto la división en tres dominios:
La evolución molecular estudia los cambios en la secuencia de nucleótidos del DNA que han ocurrido en
la historia de las especies diferenciándolas de sus ancestros. Las mutaciones son consideradas
actualmente como la fuerza motriz de la evolución, donde las menos favorables para un individuo
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• Evolución molecular y filogenética molecular.

La biología molecular y la genética han supuesto un verdadero cambio en la clasificación de las especies y la evolución de estas en el eje temporal con la sistemática filogenética.

En el contexto biológico, evolución es un cambio del perfil genético de una población de individuos, que puede llevar a la aparición de nuevas especies, a la adaptación a distintos ambientes por medio del mecanismo de selección natural.

Mediante el análisis de la secuenciación de los DNAs se puede llegar a establecer importantes perspectivas de cómo han evolucionado determinadas especies y la proximidad entre estas.

Debido a que los genes son el medio para registrar las mutaciones acumuladas, estos pueden servir de fósiles moleculares. A través del análisis comparativo de secuencias de ADN de una serie de organismos relacionados, la historia evolutiva de los

genes e incluso de los organismos puede ser revelada. Por lo tanto es posible construir árboles logenéticos más precisos y robustos utilizando datos moleculares.

  • La ingeniería genética posee un papel muy importante en este campo y uno de los métodos más utilizados es la hibridación entre ácidos nucleicos: . La hibridación es la reconstrucción de estructuras bicatenarias a partir de moléculas monocatenarias de distinto origen y con secuencias más o menos complementarias. Mediante la hibridación entre DNAs heterólogos en la que ssDNAs de distintas fuentes reasocian para la formación de un DNA híbrido, estructurado en doble hélice en las regiones de secuenciación complementaria y formando burbujas en el resto. El análisis estructural del híbrido permite deducir el porcentaje de doble hélice en la molécula, lo que a su vez el índice del grado de complementariedad de ambas cadenas. De este modo, mediante el aislamiento de DNA de dos especies biológicas, su desnaturalización y posterior hibridación, se puede estudiar el grado de semejanza de sus genomas y deducir las relaciones filogenéticas entre ambas. Esto permite abordar el estudio de filogenias, basado en la comparación de secuencias de genes homólogos particulares.

En base a esto se ha propuesto la división en tres dominios:

  • La evolución molecular estudia los cambios en la secuencia de nucleótidos del DNA que han ocurrido en la historia de las especies diferenciándolas de sus ancestros. Las mutaciones son consideradas actualmente como la fuerza motriz de la evolución, donde las menos favorables para un individuo

tienden a desaparecer por la selección natural y las que suponen una ventaja evolutiva tienden a permanecer y expandirse.

Hay un tercer tipo de mutación que no afectaría a la supervivencia del individuo, y es lo que se definiría como mutaciones neutrales, naciendo de aquí la teoría neutralista de la evolución molecular de Motoo Kimura.

La Tª neutralista establece que la mayoría de los cambios evolutivos a nivel molecular son causados por la deriva genética de mutantes selectivamente neutros. Se atribuye un gran papel a la deriva genética de genes mutantes selectivamente equivalentes.

Kimura investigó la probabilidad de que aparezca un mutante con cierta ventaja selectiva en una población finita. Estableció tres resultados:

  1. Para una proteína determinada la tasa de sustitución de un aminoácido por otro es aproximadamente igual en distintas líneas filogenéticas.
  2. Estas sustituciones parecen ocurrir al azar.
  3. (^) La tasa total de cambio en el DNA es alta, del orden de la sustitución de una base nucleotídica por cada dos años en una línea evolutiva de mamíferos.

Se sacan dos conclusiones:

  1. La mayoría de sustituciones de nucleótidos debían ser el resultado de la fijación al azar de mutantes neutros, más que un resultado de una selección darwiniana.
  2. Muchos de los polimorfismos proteínicos debían ser selectivamente neutros y su persistencia en la población se debería al equilibrio existente entre la aportación de polimorfismos por mutación y su eliminación al azar.
  • Selección neutral vs. Selección natural.

Los neutralistas asignan un papel menor a la selección natural en relación al de la selección neutral. Los seleccionistas sostienen que para que un alelo mutante se difunda en una especie, debe poseer alguna ventaja selectiva; para los neutralistas, el azar y no la función, es la responsable de la difusión de algunos mutantes en la población: su frecuencia fluctúa porque solo se escoge un número relativamente pequeño de gametos entre un amplio número de gametos masc. y femns. En el curso de esta deriva genética se pierden muchos alelos mutantes por azar, pero la fracción restante termina por fijarse en la población.

Esto da mucho más que hablar, pero tampoco vamos a centrar en esto el seminario.

  • Por último hablar de otro concepto importante en la evolución molecular: el reloj molecular.

Digamos que es la técnica para datar la divergencia entre dos especies. Deduce el tiempo pasado a partir del número de diferencias entre dos secuencias de DNA.

Esto fue desarrollado por Emile Zuckerkandl y Linus Pauling quienes en 1962 explicaron que la cantidad de diferencias entre los aminoácidos de la hemoglobina entre linajes encajaba con la tasa evolutiva de divergencia basada en el registro fósil. Esto fue generalizado, diciendo que la tasa de cambio evolutivo de cualquier proteína específica era aproximadamente constante en el tiempo y en diferentes linajes, aplicando también la evolución de las secuencias en el DNA por la teoría neutralista.

Más adelante, se empezó a observar que los errores espontáneos en la replicación del DNA dirigen la evolución molecular y que la acumulación de diferencias evolutivas neutrales entre dos secuencias podía usarse para medir el tiempo, si se pudiera calibrar la tasa de error de la replicación del DNA.