Genética PoblacionalGenética Cuantitativa

Bert Rivera Marchand, PhDUniversidad Interamericana de Puerto Rico

Recinto de BayamónDepartamento 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/ cloroplasto7. Microsatélites8. 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

1 qp

p es la frecuencia de un alelo (ej. A)q es la frecuencia del otro alelo (ej. a)

Principio de Equilibrio Hardy-Weinberg

12 22 qpqp

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 CuantitativoAplicaciones 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

14

1

NmFST

Nm= número de migrantes

Nm > 4 flujo genéticoNm < 1 deriva genética; divergencia poblacionalNm 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 :

• HT = heterocigocidad esperada si apareamiento es al azar entre las metapoblaciones

• = frecuencia promedio del alelo ith en las subpoblaciones:

HS 2 pi p ji, j 1 pi

2

i

i

iT pH 21

ip

Estadísticas F

FST H T H S

H T

FST indica si hay déficit de heterocigotos en la metapoblaciónDetermina cuan subdividio está la población

Estadísticas F

FIS indica si hay endogamia en subpoblaciones

FIS mide si hay un déficit de heterocigotos dentro de las subpoblaciones.

FIS H S H I

H S

Estadísticas F

Además: (1-FIS) (1-FST) = (1-FIT)

FIT H T H I

H T

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

• 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

Valor Genotípico

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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

Herdabilidad

• Heredabilidad en el sentido amplio (H2): es la proporción de la varianza fenotípica debido a los efectos genéticos (aditivos, dominancia y epistasis)

P

IDA

P

G

V

VVV

V

VH

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

P

A

V

Vh 2

Mide:1. El grado por el cual la progenie se parecen a sus padres en el

fenotipo de un razgo2. 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

50.0100

50

502840

28402

P

IDA

V

VVVH

40.0100

402 P

A

V

Vh