Genética Poblacional Genética Cuantitativa

Report
Genética Poblacional
Genética Cuantitativa
Bert Rivera Marchand, PhD
Universidad Interamericana de Puerto Rico
Recinto de Bayamón
Departamento de Ciencias Naturales y Matemática
Métodos de Estudio
de Genética Poblacional
1. “DNA fingerprinting”
2. “Random Fragment Length Polymorphism (RFLP)”
3. “Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP)”
4. DNA genómico (secuenciación)
5. “Random Amplified Polymorfic DNA (RAPD)”
6. DNA mitocondrial/ cloroplasto
7. Microsatélites
8. Expresión genética (cDNA, RNA)
9. Genomas
10. Polimorfismos de un nucleótido (SNPs)
DNA Fingerprinting:
Especies crípticas de una avispa parasitoide
De León et al. 2004
RFLP:
AFLP:
Movimiento de aves migratorias en América
Ruegg & Smith 2002
Secuenciación:
Población Humana
RAPD:
Lactobacillus en quesos Cheddar
Cogan et al. 1998
Expresión genética (cDNA, RNA):
Expresión Genética en Manduca sexta
Wang et al. 2003
Microsatélites
Genomas;
Cloroplasto de Arroz
Garland 2002
SNPs
Gene Conservation Laboratory 2008
Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg
• H-W es un modelo matemático que representa
una hipótesis nula de evolución.
– Si no se violan las suposiciones del modelo no está
ocurriendo evolución en el alelo estudiado
• Suposiciones:
–
–
–
–
–
No hay selección natural
Apareamiento al azar
Población grande
No hay mutación
No hay migración
Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg
p  q 1
p es la frecuencia de un alelo (ej. A)
q es la frecuencia del otro alelo (ej. a)
Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg
p  2 pq  q  1
2
2
H-W con Selección
H-W con Selección
Dependiente de Frecuencia
de Ridley 1996
H-W con Mutación
Elena et al. 1996
H-W con migración
H-W con Deriva
• Falta de selección
• Error de muestra
– Pérdida de heterozigocidad (se fija un alelo)
O'Brien et al 1987
H-W con Selección Sexual
H-W con Selección Sexual:
Endogamia
Análisis Cuantitativo
Aplicaciones Derivadas de H-W
• Estadística F:
– Indice de fijación
– Aumento de homozigocidad debido a endogamia
– Ocurre en poblaciones subdivididas
– Incluye:
• FIS (interindividual)
• FST (subpoblaciones)
• FIT (población total ); No se utiliza mucho
FIS
• FIS: medida de la desviación de frecuencias genotípicas
de frecuencias panmíticas en términos de deficiencia o
exceso de heterozigocidad
• También conocido como el Coeficiente de Endogamia
(f)
– La probabilidad que dos alelos de un individuo sean
idénticos por descendencia (autocigóticos)
– FIS = 1 - (HOBS / HEXP)
• HOBS es la heterozigocidad observada y HEXP es la heterozigocidad
calculada basado en la suposición de apareamiento al azar.
• Demuestra el grado al cual heterozigocidad se reduce por debajo
de lo esperado.
• El valor está entre -1 y +1.
• FIS negativo indica exceso de heterocigocidad (exogamia) y valores
postivos indican deficiencia de heterocigocidad (endogamia)
comparado con H-W
FST
• FST mide el efecto de la subdivisión poblacional, que es la
reducción de heterozigocidad por deriva genética.
– También se conoce como el coeficiente coancestro (q) o Indice
de Fijación
– Se calcula con la heterozigocidad promedio de la subpoblación
y la heterozigocidad esperada del total de la población.
– Su valor es entre 0 (=panmixia; no hay subdivisión,
apareamiento al azar, y no hay divergencia genética) y 1
(=aislamiento completo)
• FST = hasta 0.05 diferenciación negable
• FST >0.25 gran diferenciación dentro de la población
– Típicamente se calcula para diferentes genes, se promedia a
través de todos los locus y poblaciones.
• Ej. Humanos FST =0.139 (mayor entre poblaciones que entre
continentes (Cavalli-Sforza 1994)
– FST también se puede usar para flujo genético
FST y flujo genético
1
FST 
4 Nm  1
Nm= número de migrantes
Nm > 4 flujo genético
Nm < 1 deriva genética; divergencia poblacional
Nm entre 1 y 4 (no se puede determinar)
Medidas de heterozigocidad y F
• HI = heterocigocidad observada (proporción de heterozigotos)
en una subpoblación.
• HS = heterocigocidad esperada en una subpoblación. Si hay i
alelos diferentes en un locus en una subpoblación, pi es la
frecuencia del alelo ith :
H S  2 pi p j  1  pi2
i, j
i
• HT = heterocigocidad esperada si apareamiento es al azar
entre las metapoblaciones
•
frecuencia promedio del alelo ith en las subpoblaciones:
pi =
HT  1   pi2
i
Estadísticas F
HT  HS
FST 
HT
FST indica si hay déficit de heterocigotos en la metapoblación
Determina cuan subdividio está la población

Estadísticas F
HS  HI
FIS 
HS
FIS indica si hay endogamia en subpoblaciones
FIS mide si hay un déficit de heterocigotos dentro de las
subpoblaciones.

Estadísticas F
HT  HI
FIT 
HT
Además: (1-FIS) (1-FST) = (1-FIT)
FIT indica cuanto ha afectado la estructura poblacional a la
heterocigocidad promedio de los individuos de la población.
Ejemplo de FST
Características Poligénicas
• Características simples: uno o dos genes
• Cualitativos o discontinuos
• Poco efecto ambiental
• Características poligénicas: afectadas por
muchos genes
• Cuantitativos
• Efecto ambiental
• Distribución normal
Genética Cuantitativa
• Características
cuantitativas están
controladas por varios
genes
– Se enfoca en características
continuas
• Locus de Característica
Cuantitativa
(“Quantitative Trait Loci
(QTLs)”)
– Se identifican con mapas
– Una región puede contener
uno o varios genes ligados
– Ejemplos:
• Color de piel en humanos
• Tamaño de la flor de
tabaco
• Conducta agresiva en
abejas
Modelo Básico para
Características Cuantitativas
• P=G + E
• P = valor fenotípico de la característica de un
individuo.
• G = efecto de genes o valor genotípico
• E = efecto ambiental
Valor Genotípico
• Efecto aditivo de genes (A)= suma de los efecto
individuales (promediados) de los alelos
• Efecto de dominancia de genes (D)= interacción entre
alelos en el mismo gen
• Efecto epistático (I): interacción entre alelos de
diferentes genes
G = A + D + I P = A+ D + I + E
Varianza Fenotípica
•
•
•
•
VP = VA + VD + VI + VE
VP = varianza fenotípica (varianza total)
VA = varianza debido a los efectos aditivos de genes
VD = varianza debido al efecto de la dominancia de
genes
• VI = varianza debido a efectos epistáticos de genes
• VE = varianza debido a efectos ambientales
36
Herdabilidad
• Heredabilidad en el sentido amplio (H2): es la
proporción de la varianza fenotípica debido a
los efectos genéticos (aditivos, dominancia y
epistasis)
VG VA  VD  VI
H  
VP
VP
2
Mide la fuerza de la relación entre los valores fenotípicos y valores genotípicos
Heredabilidad en sentido estrecho (h2): es la
proporción de la varianza fenotípica que es
debido a los efectos aditivos genéticos
VA
h 
VP
2
Mide:
1. El grado por el cual la progenie se parecen a sus padres en el
fenotipo de un razgo
2. La fuerza de la relación entre los valores fenotípicos y los
efectos aditivos genéticos (relación entre P y A).
Importancia de Heredabilidad
• Heredabilidad es importante para selección
• Determina si selección fenotípica es eficiente
o no:
– Heredabilidad baja: selección fenotípica no es
eficiente (selección poca precisa)
– Heredabilidad alta: selección fenotípica es
eficiente (selección altamente precisa)
Notas Importantes sobre
Heredabilidad
1. Es una medida sobre una población de
individuos en un ambiente dado. No es una
medida individual.
2. Se puede estimar para cada característica
cuantitativa.
3. Varía de una población a otra y entre
ambientes.
Ejemplo
Suponga que para el peso de una oveja de seis meses:
VA = 40, VD=8, VI =2, VE=50. Calcule la heredabilidad
en sentido amplio y estricto
V A  VD  VI
40  8  2
50
H 


 0.50
VP
40  8  2  50 100
2
h
2
VA
40


 0.40
VP
100

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