¡Descarga Tema 10: mutación y más Apuntes en PDF de Genética solo en Docsity!
Tema 10 Genética de poblaciones TEMA 10º: MUTACIÓN ÍNDICE: 10.1 Mutación recurrente en una población infinita. 10.2 Equilibrio mutación-selección y lastre mutacional. 10.3 Probabilidad de fijación de un nuevo mutante en una población finita. 10.4 Tiempo a la extinción y a la fijación de un nuevo mutante neutro. 10.5 equilibrio mutación-deriva e hipótesis neutralista. Características de una población ideal:
- Organismo diploide
- Reproducción sexual: herencia mendeliana
- Generaciones discretas.
- Tamaño de población grande
- Ausencia de migración
- Ausencia de selección.
- Ausencia de mutación à en este tema supondremos que sólo afecta la mutación y que el resto de factores se mantienen constantes. Dos enfoques distintos de la mutación:
- Tratamiento determinista: la mutación sucede con una cierta tasa de mutación
- Tratamiento estocástico: la mutación es única. 1
infinita
10.2 Equilibrio mutación-selección y lastre
mutacional
10.3 Probabilidad de fijación de un nuevo
mutante en una población finita
10 4 Tiempo a la e tinción 10. 4 Tiempo a la extinción y a la fijación dea la fijación de unn
nuevo mutante neutro
10.5 Equilibrio mutación-deriva e hipótesis
neutralista
Dos tratamientos de la mutación Nivel Mutación Población Tratamiento Equilibrio Fenotípico Recurrente Infinita Determinista Mutación- selección Molecular Única Finita Estocástico Mutación- deriva 10.1 Mutación recurrente en una población infinita. A nivel fenotípico la mutación es recurrente, es decir, las mutaciones a parecen con una cierta tasa de mutación. Los mutantes aparecen con una cierta tasa à recurrencia. La tasa con la que aparecen las mutaciones es alrededor de 1 gameto de cada 100. gametos; es decir tasa de mutación= 1· 10 -^5. En general suelen variar entre 10-^4 - 10 -^6. A nivel génico, una tasa normal es 1/100.000. El efecto que tiene sobre las frecuencias alélicas se puede observar a partir de un modelo sencillo por el cual suponemos una mutación del alelo salvaje al alelo mutante con una tasa de mutación, μ, en cada generación. ' p=Ͳ pʅ ' q=pʅ pt = pt-2 (1 – ȝ)^2 …………………. pt = p 0 (1 – ȝ)t Cuando t ĺ pt ĺ 0 q pʅ q qt ĺ 1 Aproximación pt § p 0 – ȝt qt § q 0 + ȝt t El incremento de frecuencia de p será igual al valor contrario del incremento de frecuencia de q. A medida que uno aumenta, el otro disminuye, y viceversa. El cambio de la frecuencia génica es muy pequeño, por lo tanto el tiempo que tardará en fijarse p o q será de muchas generaciones. Por efecto de la mutación recurrente, lo que pasará con la frecuencia es:
Tema 10 Genética de poblaciones 2 ' p=Ͳ pʅ ' q=pʅ pt = pt-2 (1 – ȝ)^2 …………………. pt = p 0 (1 – ȝ)t Cuando t ĺ pt ĺ 0 q pʅ q qt ĺ 1 Aproximación pt § p 0 – ȝt qt § q 0 + ȝt t 2 ' p=Ͳ pʅ ' q=pʅ pt = pt-2 (1 – ȝ)^2 …………………. pt = p 0 (1 – ȝ)t Cuando t ĺ pt ĺ 0 q pʅ q qt ĺ 1 Aproximación pt § p 0 – ȝt qt § q 0 + ȝt t 2 ' p=Ͳ pʅ ' q=pʅ pt = pt-2 (1 – ȝ)^2 …………………. pt = p 0 (1 – ȝ)t Cuando t ĺ pt ĺ 0 q pʅ q qt ĺ 1 Aproximación pt § p 0 – ȝt qt § q 0 + ȝt t 2 conclusiones:
- El cambio de la frecuencia de los alelos es muy pequeño.
- Uno de los alelos aumentará de frecuencia hasta fijarse y el otro disminuirá de frecuencia hasta perderse. La aproximación representa una recta. Una aplicación de esta aproximación puede darse en la siguiente ocasión: En un quimiostato en el que se da todo el rato una renovación de células (se desechan y se añaden células constantemente) y se observa su resistencia a un fago. A los datos obtenidos se les puede ajustar una recta y así poder estimar la tasa de mutación (que representa la pendiente de la gráfica). Hay dos situaciones: sin cafeína, con cafeína (mutágeno). La tasa de mutación aumenta casi 10 veces con la adición de cafeína.
qt § q 0 + ȝt
Los mutantes (moscas de ojos blancos, de cuerpo amarillo…) no son alelos que están fijados en las poblaciones naturales. Si esto fuese real hace tiempo que se habrían fijado estos alelos. Por ello consideramos las mutaciones inversas las cuales revierten la mutación inicial al fenotipo wildtype. Esta tasa de mutación inversa, ν, es mucho menor a la μ. qt § q 0 + ȝt La frecuencia de estos individuos serán: la frecuencia inicial – individuos mutados con μ, más los que han revertido con ν:
qt § q 0 + ȝt
Para poder aplicar esta formula a t generaciones, factorizamos la expresión anterior, la simplificamos… 3 qt § q 0 + ȝt Lo que esto representa es que: tà infinito, se observa el punto de equilibrio.
Tema 10 Genética de poblaciones Ejemplo : frecuencia de equlibrio para un alelo parcialmente dominante AA 1 Aa 0’98 = 1-hs aa 1 - s Tasa de mutación, μ=10-^6 à qeq = 10-^6 /hs En este caso, la frecuencia de equilibrio sería mucho menor porque, como el alelo desfavorable tiene cierto grado de dominancia, la selección actúa con mayor eficacia sobre él.
Mutaciones detrimentales en las poblaciones humanas
(b) Todo el genoma
L = C Ȉ ȝ
donde 1 C 2
(c) Ejemplo:
Si en el genoma hay 10.000 genes con una tasa de
mutación ȝ = 10-5^ , entonces L = 0.1-0.
Vemos que los alelos desfavorables que son recesivos tienen una frecuencia de equilibrio mucho mayor que aquellos que son dominantes. Por otro lado, cuando se trata de genes ligados al X y el alelo desfavorable es recesivo, se detecta el 100% de los machos y el 50% de las hembras, por lo tanto la selección no actuará de la misma forma que actúa sobre los alelos autosómicos dominantes. 10.3 Probabilidad de fijación de un nuevo mutante en una población finita. Una mutación única en un gen con 2N alelos, ¿qué es lo que pasará a largo plazo con ella?
- Se puede fijar, de modo que toda la población esté compuesta por copias de la descendencia de este alelo.
- Se puede perder, que es lo más probable.
Tema 10 Genética de poblaciones ¿Cómo deducir cuál es la probabilidad de perderse o de fijarse? En una población de tamaño finito, cualquiera de los alelos puede fijarse ya que es un suceso estocástico. La frecuencia de la mutación siempre irá fluctuando hasta que termine por perderse o por fijarse. Por ello:
- La probabilidad de que se fije el nuevo mutante = f(mut)=1/2N
- La probabilidad de que se pierda = f(no mut) = 1-1/2N 1 Kimura calculó cuánto tiempo en promedio tardaría en llegar a fijarse o a extinguirse:
- El tiempo promedio que tarda una nueva mutación en llegar a fijarse es 4·Ne. Por lo tanto, si Ne=1000 individuos à t = 4000 generaciones tardará en fijarse.
- En comparación, el tiempo que tarda una nueva mutación en perderse es mucho más corto, de modo que la mayoría de las mutaciones se van a perder y además, tardarán relativamente poco en perderse. (Tabla 1) La mutación introduce continuamente nuevos alelos neutros en la población. La deriva genética determina si estos alelos finalmente se fijarán (una fracción 1/2N) o se perderán (una fracción 1 – 1/2N). Eventualmente se alcanzará un equilibrio entre los nuevos alelos que aparecen y los que se pierden o fijan por derivaque aparecen y los que se pierden o fijan por deriva. Este equilibrio supone un polimorfismo flotante de alelos
- La mutación introduce continuamente nuevos alelos neutros en la población.
- La deriva genética determina si estos alelos finalmente se fijarán (una fracción 1/2N) o se perderán (una fracción 1-1/2N).
- Eventualmente se alcanzará un equilibrio entre los nuevos alelos que aparecen y los que se pierden o fijan por deriva (no por selección natural).
- Este equilibrio supone un polimorfismo flotante de alelos neutros presentes en la población sin que la selección actúe sobre ellos. El polimorfismo es resultante entre el equlibrio de fuerzas entre la deriva genética y la selección natural (equilibrio dinámico).
Tema 10 Genética de poblaciones 10.5 Equilibrio mutación-deriva e hipótesis neutralista. Cuando se descubrió la variabilidad de nuclear, se empezó a descubrir la variabilidad nucleotídica. Entonces, Kimurá presentó un modelo más apropiado para la variabilidad nucleotídica. Este modelo es el modelo de infinitos sitios: si la tasa de mutación por nucleótido es pequeña (que sí que lo es, 10-^8 - 10 -^9 ) la nueva mutación sucederá en un sitio distinto (es muy muy poco probable que vuelva a suceder en el mismo sitio). A partir de esto, dedujo cuál sería la diversidad nucleotídica en un equilibrio deriva-mutación. Por lo tanto, la diversidad nucleotídica, 5 Equilibrio mutación neutra-deriva genética Diversidad nucleotídica S E S = 4NeP donde (^1) Hes el tamaño efectivo de población y Pla tasa de mutación por sitio nucleotídico y por generación. E(Watterson T =4NeP Polimorfismo nucleotídico S* E(S) = 4NePa donde a = [1+1/2+1/3+ +1/(n-1)] 1 ATTCGT C GATATGC A GTCACGCCCGTAGTAATGC A CTTCCAATCCACACG 2 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 3 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 4 AT A CGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 5 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 6 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATC G ACACG S= 7 sitiospolimórficos S=7/50=0. Watterson T =S*/a=0.14/2.28=0. 3 =(5+9+5+9+5+5+8)/15=3.07 S =3.07/50=0.0613 , donde Ne es el tamaño efectivo de población y μ es la tasa de mutación por sitio nucleotídico y por generación. 5 Equilibrio mutación neutra-deriva genética
Diversidad nucleotídica S
E S = 4NeP
donde (^1) Hes el tamaño efectivo de población y Pla tasa de mutación por sitio nucleotídico y por generación.
E(Watterson T =4NeP
Polimorfismo nucleotídico S*
E(S*) = 4NePa
donde a = [1+1/2+1/3+ +1/(n-1)]
1 ATTCGT C GATATGC A GTCACGCCCGTAGTAATGC A CTTCCAATCCACACG 2 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 3 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 4 AT A CGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 5 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 6 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATC G ACACG S= 7 sitiospolimórficos S=7/50=0. Watterson T =S/a=0.14/2.28=0. 3 =(5+9+5+9+5+5+8)/15=3.07 S =3.07/50=0.0613 5 Equilibrio mutación neutra-deriva genética Diversidad nucleotídica S E S = 4NeP donde (^1) Hes el tamaño efectivo de población y Pla tasa de mutación por sitio nucleotídico y por generación. E(Watterson T =4NeP Polimorfismo nucleotídico S* E(S) = 4NePa donde a = [1+1/2+1/3+ +1/(n-1)] 1 ATTCGT C GATATGC A GTCACGCCCGTAGTAATGC A CTTCCAATCCACACG 2 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 3 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 4 AT A CGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 5 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 6 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATC G ACACG S= 7 sitiospolimórficos S=7/50=0. Watterson T =S/a=0.14/2.28=0. 3 =(5+9+5+9+5+5+8)/15=3.07 S =3.07/50=0.0613 5 Equilibrio mutación neutra-deriva genética Diversidad nucleotídica S E S = 4NeP donde (^1) Hes el tamaño efectivo de población y Pla tasa de mutación por sitio nucleotídico y por generación. E(Watterson T =4NeP Polimorfismo nucleotídico S E(S) = 4NePa donde a = [1+1/2+1/3+ +1/(n-1)] 1 ATTCGT C GATATGC A GTCACGCCCGTAGTAATGC A CTTCCAATCCACACG 2 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 3 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 4 AT A CGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 5 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 6 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATC G ACACG S= 7 sitiospolimórficos S=7/50=0. Watterson T =S/a=0.14/2.28=0. 3 =(5+9+5+9+5+5+8)/15=3.07 S =3.07/50=0.0613 5 donde (^1) Hes el tamaño efectivo de población y Pla tasa de mutación por sitio nucleotídico y por generación. E(Watterson T =4NeP Polimorfismo nucleotídico S E(S) = 4NePa donde a = [1+1/2+1/3+ +1/(n-1)] 1 ATTCGT C GATATGC A GTCACGCCCGTAGTAATGC A CTTCCAATCCACACG 2 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 3 ATTCGT C GATATGCCGTCACGCCCGTAGTAATGCTCTTCCAATCCACA A G 4 AT A CGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 5 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATCCACACG 6 ATTCGTGGATATGCCGTCACGCCCGT T GTAATGCTCTTCCAATC G ACACG S= 7 sitiospolimórficos S=7/50=0. Watterson T =S*/a=0.14/2.28=0. 3 =(5+9+5+9+5+5+8)/15=3.07 S =3.07/50=0.0613 La diversidad nucleotídica es menor en el cromosoma Y con el X. Esto puede ser debido al tamaño efectivo.
Tema 10 Genética de poblaciones En cuanto a la diversidad nucleotídica en el genoma nuclear y en el mtDNA: tenemos casos en que hay una mayor diversidad nucleotídica en el genoma nuclear que en el mtDNA y vicerversa. Esto puede verse afectado tanto por el tamaño efectivo como por la tasa de mutación.
Diversidad nucleotídica en el
genoma nuclear y en el mtDNA
(Lynch et al. 2006)
