Conceptos - UNAM

Curso Optativo
“Genética de poblaciones”
Facultad de Ciencias, Biología, UNAM
Enrique Scheinvar

La Variación
Objetivo: Comprender el origen y las características de la
variación genética y conocer las herramientas metodológicas
para su análisis
2.1.- Importancia de la variación
2.2.- Historia del estudio de la variación genética
2.3.- Repaso de conceptos
2.4.- Métodos experimentales de detección
2.5.- Medidas de variación genética
2.6.- Algunos patrones de la variación.

¿ Qué es la evolución
evolutio verbo evolvere (lat.): dar vueltas afuera, desenrollar
Evolución (Biológica) = ¿ Cambio

¿ Qué es la evolución
evolutio verbo evolvere (lat.): dar vueltas afuera, desarrollar
Evolución (Biológica) =
Cambio
Poblacional
Heredable
Tiempo
“Desendencia con modificacion” (Darwin)
“Cambio en las proporciones de los grupos de organismos en el curso
de las generaciones” (Futuyma)
“Cambio en las frecuencias alélicas de las poblaciones en el tiempo”
(Dobzhansky)

¿Qué podría suceder con las variantes
Conejos Blancos y Conejos Negros
¿¿¿¿
¿Qué podría suceder si no existiera variación
Conejos negros IDÉNTICOS ¿¿¿¿

¿Puede existir evolución sin variación
NO
La evolución se basa en la variación de las
características de los organismos
Evolución = proceso de 2 pasos :
1.- Surge variación
Mutación
2.- Cambia la proporción de variantes
Selección
Deriva
Endogamia
Migración / Flujo

VARIACIÓN GENÉTICA:
1) Primer y fundamental paso del PROCESO EVOLUTIVO
2) Si no hay variación, NO PUEDEN ACTUAR LAS
FUERZAS EVOLUTIVAS
3) A partir de cómo se se distribuye dentro y entre las
poblaciones, podemos inferir las FUERZAS
EVOLUTIVAS Y LA HISTORIA PASADA de los
organismos.

La teoría evolutiva es el eje
central que le da orden y
estructura a toda la Biología
Moderna

La genética de poblaciones estudia el
proceso evolutivo mediante el efecto que
tienen las fuerzas evolutivas en la variación
genética de las poblaciones
(Microevolución)
Genética
de
Poblaciones
¿Biogeografía

Obtiene y analiza la variación de las
frecuencias alélicas de las poblaciones
Empírica
Genética de
Poblaciones
Experimental
Apoya hipótesis
generadas de datos
empíricos.
Teórica
Genera modelos
adecuados a los datos
empíricos y
experimentales.

Para Darwin (1859):
La evolución era únicamente por Selección Natural y
para eso....
1) Debe haber variación fenotípica
entre individuos
1) La variación debe estar asociada a
la sobrevivencia y fecundidad
(adecuación)
1) La variación debe ser heredable.
1) Debe haber competencia por
recursos o lucha por la existencia ante
la cual el caracter variable representa
una diferencia.

Selección
Natural:

Selección
Natural:
Biston betularia: color= 1 locus 2 alelos
Bosque coservado
(con liquen)
Bosque contaminado
(sin líquen)

En 1900 se redescubre la genética y las ciencias experimentales
adquieren importancia.
Los genetistas dudaron de la relevancia de la selección natural,
propusieron que la evolución sucedía gracias a grandes
mutaciones que generaban nuevos tipos de organismos y atacan
la forma de hacer ciencia de los naturalistas (tensión que sigue
hasta hoy)
Hugo de Vries con Oenothera lamarckiana

“Los Mutacionistas”
Geofred Harold Hardy
1908 cartita(una cuartilla)
a science:
si
AA = Dom.= pp
Aa = Het = pq
aa = Rec. =qq
y si
Aa x Aa
¼ AA ½ Aa ¼ aa
Entonces:
p 2 + 2pq + q 2 = 1
y a la siguiente gen:
p 2 + 2pq +q 2 = 1
Principio de Hardy-Weinberg

! los caracteres bajo selección tienen base
genética!
! la mutación y la selección juntas causan la
evolución adaptativa!, la mutación no es una
opción a la selección, es su fuente de
variación!!!!
Fisher en 1918
Darwin y Mendel tienen razón =
“La síntesis”
Fisher, Wright, Haldane y Mayr= Primera síntesis (teórica)
Dobzhansy= Segunda síntesis (empírica y experimental)

La síntesis
Ronald Aylmer Fisher
(1890-1962)
Matemático británico.
Desarrolla la Estadística (F de fisher, Xi, ANOVA, etc..)
Eugenético.
Supone que las poblaciones son muy grandes, (muta. y deriva no afectan) y
con mucha variación
Supone que la Selección Natural es la fuerza más importante
“Teorema Fundamental de la Selección Natural”: “tasa de incremento de un
organismo en cualquier tiempo es igual a su varianza genética en la
adecuación en ese momento”, o sea que a mayor variación genética
no-neutra, el cambio evolutivo es mayor.
EL LIBRO:
The Genetical Theory of Natural Selection (1930)

La síntesis
John Burdon Sanderson Haldane
(1882-1964)
Genetísta británico
Comunista y pacifista. Muere en la India.
Se clava en selección, flujo, endogamia y
mutación
Desarrolla “costo de la selección”: Para que
un alelo se fije, se necesita eliminar aprox.
10N a 20N. Variación por azar.
Sewall Wright
(1889-1980)
Genetista gringo
Deriva es fundamental !!!!
Shifting Balance (topografía adaptativa)
El Artículo: “Evolution in mendelian
populations”. Genetics 16(2):97-159
Estudia Biston betularia
El Libro: “The causes of Evolution”

OK.....
La variación es importante.
Pero....
¿Hay mucha o poca variación
en las poblaciones naturales
Dr. Thomas Hunt Morgan
(1910)

“La recombinación
es el mecanismo
fundamental de la
evolución (Morgan)”
Variación en cariotipos

Cy
Cy

Un montón!!!
Hermann J. Müller
(1890-1967)
Casi
Nada!!!
Theodosius Dobzhansky
(1900-1975)

Hermann J. Müller
Theodosius Dobzhansky
“modelo clásico de las estructura
genética de las poblaciones”
“modelo balanceado de la estructura
genética de las poblaciones”
poblaciones e individuos, casi sin variación
genética,
cada individuo es rico en loci homócigos.
la mayor parte de las mutaciones son
deletéreas, constantemente eliminadas
por selección natural purificadora.
poblaciones e individuos ricos en variación
genética.
cada individuo es rico en loci heterócigos,
mantenidos por selección balanceadora
(ventaja del heterócigo)
¿¿¿
¿¿Entonces....
¿¿¿

Lewontin
Dobzhansky

Genetics 54:
577-594.
Agosto. 1966
Promedio: H= 0.12 y P 30%
en 18 loci de D. pseudoobscura...
valores similares en la mayoria
de los organismos!!!
ALOENZIMAS!!!!

Al parecer: ¡¡¡Sí hay variación!!!!
entonces...
Se demuestra el Modelo Balanceado de Dobzhanzsy!!!!:
Hay mucha variación sostenida por selección
balanceadora!!!!
Un montón!!!
Hermann J. Müller
(1890-1967)
Theodosius Dobzhansky
(1900-1975)

Pero al parecer, todo resultó
ser mucho más complicado....

Motoo Kimura
1) principal fuerza: Selección Balanceadora.
2) Selección = rip bichos (costo de la selec.).
3) supongamos 1300 genes...
4) supongamos ventaja
Selectiva de s=0.01 ....
El porcentaje de individuos eliminados por
SN balanceadora es de 0.999995, !!!!!
Tons, cada adulto debería dejar 22,000 hijos
(o morirse 21,999 veces)
para poder explicar lo observado
por selección balanceadora.!!!!!!

Nature, 1968
Si hay mucha variación,
pero debe ser nula para la
selección natural (no la ve, y
si la hay, es purificadora)
JA!
JA! JA!
La variación es generada por
Mutación, la cual se pierde o
se fija por Deriva Génica.
Teoría neutral
Escuela Neo-clásica
Fundamentos de la
Evolución
Molecular!!
¿Modelo nulo

PEEEEERO PARA ENTENDER LO ANTERIOR....
Repaso de conceptos
Watson y Crick
(DNA)
Lisa y Stephen Jay Gould
(Teo. Equilibrio Puntuado)

ADN
Genotipo
Purinas
Pirimidinas
ADN
Ácido Nucléico
Bases nitrogenadas
Fenotipo
proteína
ojos rojos / ojos blancos

Genoma: TODO el material genético (ADN)
contenido en una célula
Hay variación en el largo de los genomas de las especies
pb

Distintos genomas en una sola especie
3 genomas de A. thaliana
Nuclear Cloroplasto Mitocondria
Largo 125 Mb 154kb 367kb
Genomas por célula 2 560 25
Duplicaciones 60% 17% 10%
No. genes/proteína 25,498 79 58
Kb genes/proteína 4.5 1.2 6.25
Largo de gen 1.9kb 0.9kb 0.86kb
Genes con intrones 79% 18.4% 12%
Genes/pseudogenes 1/0.03 1/0 1/0.2-0.5
Trasposones % total 10% 0% 4%

Organismo Tamaño No. degenes
Mitocondria Humana 16,569 pb 11
Mycoplasma genitalium 580,073 pb 585
Escherichia coli k12 4,639,221pb 4,377
Salmonella enterica 4,809,037 pb 4,395
Vibrio colera 4,033,460 pb 3,890
Drosophila melanog. 122,653,977 pb 17,000
Anopheles gambiae 278,244,063 pb 13,683
Arabidopsis thaliana 115,409,949 pb 28,000
Zea mais 390,000,000 pb 28,236

Triplete = codón = aminoácido
El código genético es degenerado
Código genético

Gen : Unidad de herencia que se
transmite de padres a hijos. Región
del ADN que es transcrita a ARN.
DNA en cromosoma:
Intergen
Gen 1
Exón Intró Exón Intrón
n
Transcripción
Transcrito RNA: Cap Exón Intró Exón Intrón
n
Maduración
RNA maduro: Exón Exón
Traducción
Espaciador
Poly A
Proteína
aa
aa
aa aa aa aa aa aa

Variación en el número de genes:
Homo sapiens 26,000 a 38,000 genes
Arabidopsis thaliana 27,379 genes
Caenorthabditis elegans 19,099 genes
Drosophila melanogaster 13,601 genes
Escherichia 4,405 genes

Largo promedio de un gen: 1.9 kb (humanos 27 kb/gen)
Exones: 5.18 exones en promedio por gen
Tamaño promedio exon: 250 bp.
Tamaño promedio intron: 170 bp.
casi 600 pb de intrones por gen.
en promedio: 4 intrones por gene
La mayoría son intrones !!!!!
(no codifican a proteína)

No todo es gen !!!
Elementos móviles
(transposones)
10% del genoma nuclear
(principalmente DNA
intergénico)
2,109 clase I (replicacion con
intermediario de RNA. En
centróeros)
2,203 clase II (se mueve
directamente usando DNA.
pericéntrico)

Duplicaciones en los 5 cromosomas de A. thaliana

El DNA se superenrolla
CARIOTIPO
ADN
CROMOSOMA
Segregan independientemente
Recombinan
(núcleo)

Cromosoma: pieza larga de ADN que
segrega de manera independiente de
otros cromosomas. Dentro de un
cromosoma existen genes ligados entre
si (se producen gametos con igual
ligamiento que en los padres). Tienen
Recombinación.

Hay cromosomas autosomales y cromosomas sexuales
Cromosomas autosomales: Están en ambos sexos
Cromosomas sexuales: Su presencia (o ausencia)
determina el sexo del individuo. En uno de los sexos, uno
de los cromosomas se encuentra en estado haploide.
Mitocondria y cloroplasto se transmiten vía uni-sexual
(generalmente ambos maternos).

F0
b
a
F1
c a c a
F2
c a a c a c c a a c
F3
a a a a c c c c c c c c a a a a c c c c
La mama F0 tiene una mitocondria tipo “a” y el papa tipo “b”. Todos
los “fuereños” tienen mitocondria tipo “c”. Determina el tipo de
mitocondria de todos los individuos.
En el caso de plantas, si la mitocondria fuese paterna y el
cloroplasto materno, ¿que proceso ecológico representaría
cada el análisis de cloroplasto, de mitocondria y nuclear

F0
CD
X Y
CC
X X
F1
F2
EF CC EF CC
X Y X X X Y X X
EF EC FC EE FC EE EF EC CF EE
X Y X X X Y X X X Y X X X Y X X X Y X X
F3
E E
C F E
E C C F E
EC
EC EC EC FE FE FE EC FE E E E E
EC
E C
E C
EC
XY XX X Y X X X Y X Y X Y X X X X X X X Y X X X X X X X X X X XY XY XY XX
EF EF EF CE
F0 tiene cromosoma X tipo “c” y cromosoma Y tipo “d”. Todos los
“fuereños” tienen cromosoma X tipo “e” y cromosoma Y tipo “f”.
Determina los genotipos de todos los individuos.

Ploidia (n): Número de copias de un locus
(gen) en una célula.
Haploide (n):
1 copia de cada loci
Ala blanca
BACTERIAS
CLOROPLASTO
MITOCONDRIA
OVULO/ESPERMA
Diploide (2n):
2 copias de cada loci
Ala blanca
Ala negra
Triploide (3n):
3 copias de cada loci
Ala blanca
Ala negra
Ala negra
Tetraploide (4n)
Pentaploide (5n)
...
Poliploide (+5n)

Gen para color de ala
Secuencia
no codificante
“Gen para
color de ojo”
“Gen para
color de ojo”
“Gen para
color de ojo”
Locus /
Loci
A
C
C
G
T
G
G
C
Locus/ loci:lugar en el
cromosoma. Puede ser un
gen (codifica) o no gen (no
codifica).

Ala
negra
Ala
negra
Ala
negra
Ala
blanca
Ala
blanca
Ala
Gris
Ala
negra
Ala
negra
Alelo
Ala
blanca
Ala
negra
Ala
negra
ALELO: Cada una de las
diferentes formas de un
locus.

Genotipo: Constitución genética de un
organismo o de un grupo de organismos con
respecto a un sitio (locus) en el DNA.
Combinación de alelos para un locus en un
individuo.
Tipos

Cuando en el genotipo de un individuo hay más de una
copia (ploidía mayor a uno).....
TIPOS DE GENOTIPO:
Homócigo: ambas (o más) copias son
idénticas (x ej. blanca/blanca ó blanca/blanca/blanca)
diploide: triploide: tetraploide:
AA o aa o bb AAA o aaa AAAA o aaaa
Heterócigo: cuando menos una copia es
distinta (x ej. blanca/negra ó negra/blanca/negra)
diploide: triploide: tetraploide:
AB o Aa ACD o AaD ABCD o AaBb

Calcula todos los genotipos que puede haber en un locus
diploide con 5 alelos (a, b, c, d, e)
aa
ab bb
ac bc cc
ad bd cd dd
ae be ce de ee
Homócigos
Heterócigos
Calcula todos los genotipos que puede haber en un locus
triploide con 3 alelos (a, b, c)
aaa
aab bbb
aac bbc ccc
abb
acc bcc abc
Homócigos
Heterócigos
si el locus codifica a una proteína que determina el color
de la concha de un caracol (a=blanco, b=café, c=amarillo),
¿de qué color va a ser cada una de las conchas

Fenotipo: Expresión de un genotipo.
Característica morfológica, fisiológica,
bioquímica o conductual de un organismo.
Color púrpura
Color púrpura
Flor
Púrpura
(Pur/Pur)
Color púrpura
Color blanco
Color blanco
Color blanco
Flor
Blanca
(Bla/Bla)

Expresión Fenotípica
Dominancia Completa: Uno de los alelos domina y “silencia” la
expresión del otro.
(Pur / Pur)
(Bla / Bla)
Flor Púrpura
Flor Blanca
(Pur / Bla)
Flor Púrpura
Codominancia: Ambos alelos se expresan y pueden ser diferenciados
en el fenotipo.
(Pur / Pur)
Flor Púrpura
(Bla / Bla)
Flor Blanca
(Pur / Bla)
Flor
Blanca y Púrpura
Dominancia Incompleta: Ambos alelos se expresan de manera
conjunta generando un tercer fenotipo “combinado”.
(Pur / Pur)
Flor Púrpura
(Bla / Bla)
Flor Blanca
(Pur / Bla)
Flor
Púrpura Claro

Ejercicio 1. Frecuencias alélicas / genotípicas / fenotípicas
Pobl.
1
AA
A
A
Aa aa aA aa Aa Aa aa AA
Pobl.
2
aa
A
A
Aa aa aa aa aa Aa Aa AA
Pobl.
3
AA
A
A
Aa aa Aa aa Aa Aa aa A
A
Pobl.
4 Aa Aa
AA aa aa AA aa AA
Aa
aa
Pobl.
5
Para cada población:
1) Indica: ploidía, número de alelos, patrón de dominancia y los
alelos y los fenotipos y los genotipos.
2) Calcula:
- Frecuencia alélica - Frecuencia genotípica
- Frecuencia fenotípica

Pob.
6
Pob.
7
Pob.
8
Pob.
9
Pob.
11
Pob.
10

Haplotipo: Grupo de alelos ligados.
Generalmente se utiliza para genomas de
cloroplasto y mitocondria (genomas
haploides con alto índice de ligamiento)
Ligamiento:
más loci
Asociación física entre dos o

Brevisísimo
repaso
de
MATEMATICAS
UNO

Repaso de Matemáticas 1...
Despejes y Factorizaciones
a+b= 1
a= 1−b
+a +a =
+a 2
+a+a=
2a
ab= 1
a= 1 b
+a −a =
−a 2
+a−a=
0
2
a+b 2
a+b
−a −a = +a 2
−a−a= −2a
a 2 2ab +b 2 = a+b 2 a 2 +ab+ 1 4 b2 =
a+ 1 2 b 2
a 2 2ab2ac+b 2 2bc +c 2 =
a+b+c 2
a 3 2a 2 b+ab 2 +a 2 b+ 2a b 2 +b 3 =
a+b 3

Prueba de X 2 (Ji cuadrada): Prueba estadística que nos dice si hay diferencias
significativas entre dos o más poblaciones
Acepta o rechaza la hipótesis nula ->
Ho : A = B
Hi : A != B
X 2 =∑
Obs−Esp 2
Esp
g.l = (No. clases fenotípicas) – 1 – (No.alelos – 1)
Significancia: generalmente del 95%
Zona de NO
rechazo de Ho
95% =0.95
Zona de
Rechazo
de Ho
Si X 2 calculada > X 2 tablas : Rechazo Ho
Si X 2 calculada < X 2 tablas : No Rechazo Ho
5%= 0.05
X2 de tablas
(Valor crítico)

Según la escuela frecuentista:
Repaso de probabilidad
La probabilidad de que ocurra algún evento aleatorio, es
igual a su frecuencia, es decir:
P= ocurrencia
posibilidades
Según la escuela bayesiana:
La probabilidad de que ocurra algún evento es
dependiente de la probabilidad de otro evento aleatorio

Cuando tenemos resultados mutuamente excluyentes...
(uno u otro, macho o hembra, cara o cruz, alelo A o alelo B,
etc...): La probabilidad de que alguno de los eventos
ocurra es igual a la suma de probabilidades de cada uno.
(Regla de adición)
Moneda: Cara o Cruz
o
Pr= 1/2 Pr= 1/2
La Pr(cara o cruz) : (1/2)+(1/2)
Cuando hay varios eventos INDEPENDIENTES, la
probabilidad de obtener un resultado es el producto de las
probabilidades de que ocurra cada una de las veces.
(Regla de multiplicación)
En 3 tiradas, sacar 3 caras:
p (cara,cara,cara)
= Pr (cara)
Pr (cara)
Pr (cara)
Pr= 1/2
P(3caras) = (0.5)(0.5)(0.5)

1.- El locus X de una población tiene 4 alelos con las
siguientes frecuencias:
p=0.1, q=0.3 r=0.4 y s=0.2
a) ¿Cuál es la probabilidad de muestrear un individuo con
un alelo “p”
b) ¿Cuál la de muestrear ya sea “q” o “r”
c) ¿Cuál la de un “q” o “s”
d) ¿Cuál es la de encontrar un homócigo pp
e) ¿Cuál es la de encontrar un heterócigo