Tema 10.2: Diversidad Genética en las Poblaciones Humanas - Past Paper PDF

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Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer TEMA 10.2: DIVERSIDAD GENÉTICA EN LAS POBLACIONES HUMANAS FACTORES QUE ALTERAN EL EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG: Comencemos recordando el concepto de deriva genética para poder seguir el hilo correctamente. La deriva genética se trata de los cambios aleatorios en las frecuencias alélicas de una población de generación en generación, debido al error de muestreo de los gametos que constituirán los individuos de la siguiente generación. Por lo tanto, la deriva genética es la que causa las diferencias entre distintas poblaciones, ya que se podría interpretar como un error de muestreo. También se debe tener en cuenta que estos cambios son inversamente proporcionales al tamaño de las poblaciones, de manera que no todos los individuos de una generación concreta aportan genes a la generación siguiente (y con ello no dejan descendencia). Con respecto a esto, observamos una simulación de deriva de 5 poblaciones con sus siguientes generaciones (sacada de la página que nos ha proporcionado el docente en el Aula Virtual): (Recordemos que en todos los casos siempre partimos de una población en equilibrio perfecto de Hardy-Weinberg con frecuencia de los dos alelos 0,5, partiendo todas las poblaciones del mismo punto) LEYENDA: - Eje de ordenadas: frecuencia del alelo (A1=0,5 A2=0,5) - Eje de coordenadas: Distintas generaciones - Línea de color: cada línea de color representa una población y sus respectos destinos a medida que transcurren generaciones Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer - N=100 Conclusión: Lo que podemos observar en esta gráfica es que a medida que transcurren las generaciones, sus frecuencias alélicas se van alterando y cambiando. EJEMPLOS Y EXCEPCIONES DE LA DERIVA GENÉTICA: El caso o ejemplo más frecuente en la especie humana es el denominado EFECTO FUNDADOR. Esto ocurre cuando un grupo reducido con frecuencias alélicas que no representan las de la población original crean una nueva. Es decir, cuando pequeño grupo de individuos migran a una nueva localidad y forman una población nueva.Un claro ejemplo de esto ocurre con los Amish de Filadelfia, ya que un hombre llevaba consigo un alelo causante del síndrome de Elolis-Van Creveld y al cruzarse las poblaciones causó que la frecuencia de este alelo fuese en aumento a medida que transcurría el tiempo, presentándose en las generaciones algunas características de este síndrome como puede ser la polidactilia. Otros ejemplos del efecto fundador pueden ser: - Británicos en Tristan da Cunha - Corea de Huntington en Maracaibo - Grupos sanguíneos “0” en indios de América del Sur y Central MIGRACIONES: Este proceso también produce alteraciones de las frecuencias alélicas en las poblaciones mediante la transferencia de alelos de una población a otra, siendo la transferencia de estos de una población donadora a otra población receptora. Esta variación afectará a aquellos genes que muestren frecuencias alélicas diferentes (si un gen muestra frecuencias alélicas idénticas entre las dos poblaciones no habrá modificación). PREGUNTA DE EXAMEN: ¿Dónde se producirán las modificaciones de las frecuencias alélicas? En aquellos genes para los que existan diferencias alélicas en las frecuencias alélicas entre las dos poblaciones. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer EJEMPLO: LEYENDA: - Rectángulo amarillo: Población donadora - Círculo azul: Población receptora Por lo tanto, si individuos de la población donadora van migrando a la población receptora, en la población receptora se irán modificando las frecuencias alélicas, y a medida que transcurran las migraciones, las frecuencias seguirán variando y finalmente las dos poblaciones llegarán a tener frecuencias idénticas. PREGUNTA DE EXAMEN: ¿La migración es un proceso contrario a qué? La migración es un proceso contrario a la deriva genética, ya que causa justamente el efecto contrario. A modo de resumen, mientras que la deriva genética lo que provoca son cambios en la población, la migración entre poblaciones lo que hace es homogeneizar las frecuencias alélicas para aquellos genes en los que, al principio, pudieran existir diferencias en las frecuencias alélicas. Por todo ello, la frecuencia de cambio es la velocidad con la que se van a ir alterando las frecuencias alélicas en la población receptora. Esta va a depender del número de migrantes por generación que se mida. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer DEMOSTRACIÓN DE LA LEY DEL EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG: Para demostrar esa ley, recordemos el caso real del receptor Ccr5, que permitía la entrada del SIDA, del VIH, y la mutación que aparece repentinamente que consiste en una deleción de 32 pares de bases, denominada Delta 32CCR5. Veamos una representación gráfica para entenderlo mejor: Este mapa representa la frecuencia de los alelos 32 y CCR5 en varias regiones geográficas de Europa, Oriente Medio y el subcontinente indio. La mutación mencionada anteriormente se originó en el Norte de Europa, donde aparece una frecuencia muy alta de esta. A medida que el color es más suave, representa que la frecuencia de este alelo es menos frecuente. Lo que observamos es que ha habido una migración de ese alelo por transferencia de una población del Norte de Europa hacia el sur. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer TEMA 11: DISEÑO DE ESTUDIOS GENÉTICOS Y ASOCIACIÓN CON LA ENFERMEDAD. A partir de ahora se dejará de estudiar lo que ocurre con un gen y comenzaremos a estudiar lo que ocurre con DOS genes, cada uno con sus dos alelos respectivamente, y con ello lo que ocurre con sus frecuencias GAMÉTICAS. Para comenzar con estos nuevos estudios, empezaremos con un breve repaso con la siguiente imagen: LEYENDA: - Cromosomas en color azul: Maternos - Cromosomas en color rojos: Paternos - A: Alelo normal de la hemoglobina - T: alelo que provoca talasemia Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Recordemos que el individuo es heterocigótico, de modo que posee un alelo normal y un alelo que provoca talasemia; además de que en ambas dotaciones cromosómicas ( de su padre y de su madre) está la misma información, solo que una con respecto a otra puede poseer variaciones. En el cromosoma el individuo presenta el alelo normal (N) que en este caso procede de su madre, pero en el otro cromosoma (su pareja, que pertenece a su padre), tiene un alelo que determina la fibrosis quística. Análisis de la combinación alélica recibida de los padres: Primero, identificamos las combinaciones alélicas heredadas de los padres. Este individuo ha recibido de su madre dos alelos normales: uno para la hemoglobina y otro para el gen CFTR. Por otro lado, de su padre, heredó un alelo asociado con talasemia en uno de los cromosomas grandes y un alelo que causa fibrosis quística en el otro cromosoma. Estos cromosomas, diferenciados por colores (azul para la madre y rojo para el padre), se distribuyen al azar durante la meiosis. Primera división meiótica: En la primera división meiótica, los cromosomas homólogos se emparejan y luego se separan al azar. Esto significa que un cromosoma grande del padre puede ir a un polo y el de la madre al otro polo, o viceversa. Lo mismo ocurre con los cromosomas más pequeños. Como resultado, se generan células que pueden contener únicamente cromosomas maternos o paternos, o una combinación de ambos. Esta distribución al azar produce dos posibles combinaciones: 1. Ambos cromosomas paternos en una célula y ambos maternos en otra. 2. Un cromosoma paterno junto con uno materno en cada célula. La probabilidad de cada caso es del 50%, lo que significa que la mitad de los gametos serán parentales (combinaciones originales) y la otra mitad serán recombinantes (nuevas combinaciones). Segunda división meiótica: En esta etapa, las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan, generando gametos. Si no hay recombinación, los gametos resultantes tendrán combinaciones parentales. Por ejemplo: Gametos maternos: alelos normales para hemoglobina y CFTR. Gametos paternos: alelo de talasemia y alelo de fibrosis quística. Si ocurre recombinación, las cromátidas se intercambian segmentos genéticos. Esto da lugar a gametos recombinantes, que contienen combinaciones de alelos que no estaban presentes en los cromosomas originales. Importancia de la recombinación: Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer La recombinación es un proceso clave que ocurre al menos una vez en cada par de cromosomas durante la meiosis. Asegura la correcta segregación de los cromosomas y contribuye a la diversidad genética. Si no ocurre recombinación, pueden producirse segregaciones anómalas, como la no disyunción, que suele llevar a abortos espontáneos. La recombinación afecta la disposición de los alelos solo si ocurre entre los genes analizados. Si sucede fuera de esta región, no altera las combinaciones alélicas observadas. Por lo tanto, si los genes de la hemoglobina y el CFTR están en cromosomas independientes, se heredan de manera independiente según la segunda ley de Mendel. Pero si están en el mismo cromosoma, como en este caso, su herencia está influenciada por la recombinación. Los gametos pueden ser: Parentales: combinaciones originales (materna o paterna). Recombinantes: combinaciones nuevas resultantes del intercambio entre cromátidas. En cada meiosis, aproximadamente el 50% de los gametos serán parentales y el otro 50% recombinantes, dependiendo de si ocurrió recombinación en la región intermedia entre ambos genes. En la primera división meiótica, los cromosomas se separan en dos células hijas. Durante este proceso, si ocurre recombinación genética (intercambio de material genético entre cromosomas homólogos), se formarán cromátidas recombinantes, que contienen una combinación de genes de ambos progenitores, y cromátidas parentales, que mantienen los genes originales de uno de los progenitores (ya sea de la madre o del padre). En la segunda división meiótica, las cromátidas se separan y se distribuyen en los gametos (óvulos o espermatozoides). Dependiendo de si hubo recombinación o no, los gametos pueden tener combinaciones genéticas diferentes: Si ocurre recombinación, habrá dos tipos de combinaciones genéticas: dos combinaciones parentales (que corresponden a las cromátidas originales de los progenitores) y dos recombinantes (que son una mezcla de material genético de ambos progenitores). Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Si no hubo recombinación, todos los gametos serán parentales, es decir, solo tendrán las combinaciones genéticas heredadas directamente de los progenitores, sin ninguna variabilidad adicional. En cuanto a la proporción de gametos, si hubo recombinación, se generarán igual cantidad de gametos parentales y recombinantes. Es decir, la mitad de los gametos tendrán combinaciones genéticas parentales y la otra mitad, combinaciones recombinantes. Por lo tanto, si la recombinación ocurre, los gametos mostrarán una diversidad genética, con una mezcla de cromátidas parentales y recombinantes. Si no hay recombinación, todos los gametos serán idénticos a los cromosomas parentales. Este proceso es clave para la variabilidad genética en las especies, ya que la recombinación genera nuevas combinaciones de genes que pueden ser heredadas por la siguiente generación. DESEQUILIBRIO EN EL LIGAMIENTO LOCI INDEPENDIENTES Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Para estudiar el desequilibrio en el ligamiento, básicamente aplicamos los principios del equilibrio de Hardy-Weinberg, pero en este caso, a dos genes simultáneamente. Comencemos considerando dos loci. * Recordemos: locus es el término singular, y su plural es loci. Primero, hablemos del locus uno. Este representa un lugar físico en el genoma donde se encuentra el gen uno y presenta dos alelos, que llamaremos A (mayúscula) y a (minúscula). Esto no implica que haya una relación de dominancia entre ellos; simplemente es una manera práctica de diferenciarlos. En la población, estos alelos tienen frecuencias alélicas p (para A) y q (para a). Es decir, si seleccionamos al azar un alelo de la población, la probabilidad de obtener A será p, y la de obtener a será q. Ahora, consideremos el segundo locus, que llamaremos locus dos. Este también tiene dos alelos: B (mayúscula) y b (minúscula), con frecuencias en la población s (para B) y t (para b). De nuevo, esto significa que, al seleccionar un alelo al azar, la probabilidad de obtener B es s y la de obtener b es t. Llegados a este punto, surge la pregunta: ¿cuántos gametos distintos pueden formarse combinando los alelos de estos dos loci? La respuesta es cuatro, ya que las combinaciones posibles son: AB Ab aB ab Ahora que conocemos las combinaciones posibles, podemos determinar las frecuencias de cada gameto en la población, asumiendo inicialmente que los dos genes son independientes y segregan de forma independiente (como establece el equilibrio genético). Así, las frecuencias de los gametos serían: AB: p × s Ab: p × t aB: q × s ab: q × t Estas frecuencias se denominan frecuencias paramétricas de los gametos, que podemos representar como: * La frecuencia de cada gameto se representa con la letra G Bajo esta premisa inicial de independencia, las frecuencias de los gametos en la población se calculan directamente a partir de las frecuencias alélicas de los loci. Por tanto, partiendo de estas relaciones, podemos analizar el desequilibrio en el ligamiento y su impacto en la población. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Supongamos que multiplicamos la frecuencia del gameto AB por la frecuencia del gameto ab, es decir, los recíprocos. ¿Qué obtendríamos? Sería: p×s×q×t Ahora, ¿qué pasa si multiplicamos la frecuencia del gameto Ab por la de aB? Eso sería: p×t×q×s Por la propiedad conmutativa de la multiplicación, ambos productos son iguales: p×s×q×t=p×t×q×s Esto significa que la frecuencia del gameto AB por la de ab es igual a la frecuencia del gameto Ab por la de aB (AB x ab = Ab x aB). Si esto es así, podemos afirmar que la población está en un equilibrio perfecto de Hardy-Weinberg en términos de los gametos. En este caso, las frecuencias gaméticas dependen únicamente de las frecuencias alélicas, y no hay desequilibrio en el ligamiento. Si realizamos la resta entre estos productos, obtenemos lo siguiente: (p × s × q × t) - (p × t × q × s) = 0 Esa diferencia, que llamaremos D, es lo que conocemos como el desequilibrio en el ligamiento. En una población en perfecto equilibrio de Hardy-Weinberg, el desequilibrio en el ligamiento será igual a cero. LOCI NO INDEPENDIENTES Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Ahora, supongamos que los dos genes no son independientes, es decir, están en el mismo cromosoma. ¿Qué ocurre en este caso? Imaginemos un individuo en el que el cromosoma paterno lleva los alelos A grande y B grande, mientras que el cromosoma materno lleva ab. Durante la meiosis, pueden ocurrir dos escenarios: -Sin recombinación entre los loci A y B: En este caso, los gametos resultantes serían exclusivamente AB y ab, es decir, únicamente gametos parentales. -Con recombinación entre los loci A y B: Aquí se generarían los cuatro gametos posibles: Parentales: AB y ab Recombinantes: Ab y aB Si hay recombinación, pero no en todas las meiosis, los gametos parentales estarán en mayor frecuencia que los recombinantes. Esto se debe a que en algunas meiosis no ocurre recombinación, y en otras sí. Por lo tanto, en promedio, los gametos parentales estarán en exceso. En este caso, las frecuencias gaméticas quedarían así: La frecuencia de AB será igual a la de ab, y ambas serán mayores que las de Ab y a B. Si calculamos el desequilibrio en el ligamiento bajo este escenario, haciendo la fórmula: (Frecuencia de AB × Frecuencia de ab) - (Frecuencia de Ab × Frecuencia de aB) El resultado será un valor positivo. Esto indica que los gametos parentales están en exceso respecto a los recombinantes. Por tanto, habrá un desequilibrio positivo. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Ahora bien, si asumimos otro escenario en el que el cromosoma paterno lleva Ab, y el materno lleva aB, el resultado será el mismo: los gametos parentales estarán en exceso, mientras que los recombinantes serán menos frecuentes. Cuando aplicamos la fórmula, el signo del desequilibrio (positivo o negativo) depende de qué gametos estén en exceso. Si el resultado es positivo, significa que los gametos parentales están en exceso. Si es negativo, los recombinantes son los que están en exceso. Por tanto, si los gametos recombinantes están en exceso, podemos concluir que el desequilibrio en el ligamiento sería negativo. Aclaración: siempre hay proceso de recombinación en las meiosis, pero no siempre se da entre los dos genes que se están analizando. Si hubiera recombinación en todos los genes, se producirían 4 gametos y todos en igual frecuencia. Por lo que podemos deducir que si existe siempre una recombinación, los genes están muy alejados, es decir, serían independientes. Mientras que si existe un exceso de gametos parentales (no hay recombinación), los genes tendrían un cierto ligamiento. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer EJEMPLO PRÁCTICO Consideremos dos poblaciones y analicemos las frecuencias gaméticas: Población 1: Gametos: AB: 12/25 = 0.48 Ab: 3/25 = 0.12 aB: 8/25 = 0.32 ab: 2/25 = 0.08 Calculamos el desequilibrio: Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Esto indica que no hay desequilibrio en el ligamiento. Población 2: Gametos: AB: 11/25 = 0.44 Ab: 4/25 = 0.16 aB: 9/25 = 0.36 ab: 1/25 = 0.04 Calculamos el desequilibrio: Aquí sí hay desequilibrio en el ligamiento, y es negativo. Esto nos indica que los gametos recombinantes están en exceso. Comisión 26 19/12/24 Comisionista 1: Claudia Carballo Delgado Corrector/a: Francisco Javier De León Yanes Comisionista 2: Jorge Mederos Padilla Genética Humana Docente: Mariano Nicolás Hernández Ferrer Comi X: 1. ¿Qué factores alteran la ley de Hardy-Weinberg? Señales una o más de una a. La endogamia y la homogamia aumentan la homogocidad de todo el genoma b. Los emparejamientos dirigidos negativos (heterogamia) aumentan la homocigosidad de la población. c. Los emparejamientos no al azar modifica las frecuencias genotípicas, pero mpo las alélicas de la población. d. En una población, podemos estimar las frecuencias genotípicas a partir de las alélicas, sí y solo si estas se encuentran en equilibrio de Hardy-Weinberg. e. Ninguna de las afirmaciones es correcta. Respuestas: c y d *No se han encontrado más preguntas relacionadas con los temas desarrollados.