Presentación de PowerPoint - IEGEBA · operacional: son mutaciones cuyo efecto sobre el fitness es...

GLOSARIO FIJACIÓN: el proceso por el cual, tanto deriva o selección, una nueva mutación aumenta su frecuencia hasta reemplazar a las demás variantes, alcanzando una frecuencia de 1 RELOJ MOLECULAR: cuando graficamos la acumulación de diferencias genéticas entre dos organismos en función del tiempo desde que compartieron su último ancestro común (estimado a partir del registro fósil), se observa una acumulación lineal de cambio genético a nivel de las secuencias de ADN o de aminoácidos. EVOLUCIÓN MOLECULAR: cambio en las moléculas de la vida a lo largo de las generaciones. La EM estudia los patrones y procesos de cambio que resultan en secuencias distintas. MUTACIÓN: Cambio heredable en el material genético que implica sustituciones de bases, inserciones, deleciones y reordenamientos. TEORÍA NEUTRALISTA: teoría de la evolución molecular por deriva-mutación que propone que la variación molecular es equivalente en función, de manera que su destino es gobernado por la deriva. SELECCIÓN POSITIVA: es el proceso por el cual nuevas mutaciones o variantes preexistentes ante un cambio ambiental que son ventajosas pueden incrementar su frecuencia hasta alcanzar la fijación. SELECCIÓN PURIFICADORA: selección contra variantes perjudiciales. Normalmente, este tipo de SN se debe a restricciones para mantener, típicamente, funciones esenciales

Principales ejes temáticos

• ¿Qué pretende explicar la Teoría

Neutralista?

• ¿Cuáles son los mecanismos evolutivos que

gobiernan la evolución a nivel molecular?

• ¿Cuál es la utilidad de la TN?

• ¿Por qué se la considera la gran hipótesis

nula de la evolución?

• De qué manera se pone a prueba si los datos

ajustan a las predicciones de la TN?

Teoría Neutralista

T = 4Ne

K = 2N x (1/2N) =

P = 1/2N

Heq = 4N / (4N + 1)

P(n)=[(2n)!/ i! (2N-i)!] (m(1+s)/NW )i [1-( m(1+s)/NW)2N-I]

P = (1-e-2s)/(1-e-2Ns)

Ns >> 1

Ns << 1

Estructura genética de las

Poblaciones

• Escuela

Clásica

Selección

purificadora

+ + + + + + +

+ + + + - + +

• Escuela

Equilibrada

Selección

equilibradora

A1 B2 C3 D2 E3

A2 B3 C4 D2 E5

• En los ´60 y ´70 se produjeron muchos

estudios cuyo objetivo era medir la

variabilidad en poblaciones naturales.

• Los estudios de los polimorfismos

aloenzimáticos mostraron que las

poblaciones son en general muy variables

Inclinando la balanza a favor de la escuela

equilibrada

Motoo Kimura

“The Neutral Theory of Molecular Evolution” (1983)

Orígenes de la Teoría Neutralista

• Si la variabilidad se mantiene selectivamente por ventaja del heterocigota

H = 2 pe qe = 2s1s2 / (s1+ s2)2

carga genética L = 1 - w

w = 1 – (s1s2/ s1+s2) entonces L = s1s2/ s1+s2

Si s1 = s2 = 0,1: w = 1 – 0,05

H = 0,5 W = 0,95

Si el número de loci heteróticos es aproximadamente 3000 la carga génica es imposible de soportar

Tasa de evolución Molecular

Neutralismo vs Seleccionismo

Según la TN hay tres tipos de mutaciones:

1) Perjudiciales

2) Neutras

3) Ventajosas

Teoría Neutralista vs seleccionista

Ojo!!! • La TN no postula que la morfología, la fisiología o

el comportamiento evolucionaron por DG

• Reconoce que el papel principal de la SN es purgar las variantes deletéreas,

• Sostiene que la mayoría de las variantes que se fijan a nivel molecular lo hacen al azar

• Una consecuencia del modelo de evolución por el equilibrio deriva-mutación es

Una tasa de evolución molecular

constante Hay un recambio

(reemplazo o sustitución)

regular (a tasa constante) de

variantes a lo largo del

tiempo.

• La SN no puede producir este patrón ya que

el ambiente también debería estar

cambiando a tasa constante

• la evolución morfológica no procede a tasa

constante

En resumen qué tenemos hasta acá

• Kimura propuso que la SN juega un papel menor en el mantenimiento de la variabilidad y en la divergencia interespecífica a nivel molecular o que la mayoria de las mutaciones que se han fijado a nivel molecular durante la divergencia de dos especies son neutras o casi neutras

• Los genotipos tienen fitness casi igual

• Alelos neutros no significa que no tienen función sino que la cumplen casi con la misma eficacia (recordar s << 1/2N)

• La evolución de las variantes moleculares polimórficas y las que se fijan a nivel molecular está gobernada por la DG

How to attack neo-Darwinism and still end up in evolution textbooks

The neutralist - selectionist controversy

a review by Gert Korthof 1 Jan 1999 (updated 17 Sep 2007)

" Looking back, I think that it is a curious human nature, that if a certain doctrine is constantly being spoken of favorably by the majority, endorsed by top authorities in their books and taught in classes, then a belief is gradually built up in one's mind, eventually becoming the guiding principle and the basis of value judgement. At any rate, this was the time when the panselectionist or 'neo-Darwinian' position was most secure in the history of biology: the heyday of the traditional 'synthetic theory' of evolution." (p22).

The

neutral theory

of molecular

evolution

Motoo Kimura

From Giorgio Bernardi (13)

First diagram: Darwin postulated the existence of deleterious, advantageous, and neutral changes

Second: The neo-Darwinians (or selectionists) neglected neutral changes

Third: These were reintroduced and amplified by Kimura, who developed the neutral theory of evolution

Fourth: The nearly neutral theory was proposed by Ohta to include intermediates between neutral and

advantageous, as well as between neutral and deleterious changes.

Fifth: In the neoselectionist theory, the critical changes are responsible for the transition from point

mutations to regional changes.

¿Cómo es la evolución bajo el modelo

neutralista?

Patrones de divergencia en las

secuencias de ADN

Tasa de evolución

K =

Variación de la tasa de evolución

entre genes

Histonas

Neuropéptidos

Tasa de evolución

K = f x T = o

¿Cuál es el significado de f ?

¿qué es un “constraint”? Mutaciones sinónimas, pseudogenes. Funcionalidad

y secuencia de aminoácidos

En resumen qué tenemos hasta acá

• Kimura propuso que la SN juega un papel menor en el mantenimiento de la variabilidad y en la divergencia interespecífica a nivel molecular. En otras palabras, la mayoría de las mutaciones que se han fijado a nivel molecular durante la divergencia de dos especies son neutras o casi neutras

• Los genotipos tienen fitness casi igual

• Alelos neutros no significa que no tienen función sino que la cumplen casi con la misma eficacia (recordar s << 1/2N)

• La evolución de las variantes moleculares polimórficas y las que se fijan a nivel molecular está gobernada por la DG

Problemas con la TN

• El mayor problema es que la tasa de evolución molecular debería variar entre especies en función del tiempo generacional y no del tiempo cronológico

• Contrario a lo esperado algunas proteínas cambian siguiendo un reloj en función del tiempo (independientemente del tiempo generacional)

• El reloj molecular no parece ser suficientemente constante

• Los niveles de heterocigosidad son similares entre especies (a pesar de las notables diferencias en N) y demasiado bajos en especies con N grande

• Los niveles de polimorfismo y las tasas de evolución no muestran la relación predicha

¿Qué significa neutralidad selectiva?

s = 0 Esta definición es muy estricta, mejor es una definición

operacional: son mutaciones cuyo efecto sobre el fitness es

tan parecido que su destino lo gobierna el azar

siendo más generales

s << 1/2N

Si s = 0,001 las frecuencias variarán al azar si N <

500

Pero si N = 5000 predominará la selección natural

Si 2Nes ≤ 1 o s ≤ 1/2Ne

Teoría cuasi-neutralista (Ohta y Kimura)

N y tiempo generacional están correlacionados negativamente

A medida que Tgen se hace mayor 2Nes disminuye. Esto implica que una mayor fracción de las

mutaciones, particularmente las levemente deletéreas, se hacen casi neutras. Esto implica que

algunas mutaciones que en poblaciones grandes tenderían a ser eliminadas por SN, en

poblaciones pequeñas evolucionan por deriva. Esta podría ser la explicación de la observación

de tasas evolutivas similares en función del tiempo entre taxa con tamaños tiempos

generacionales tan disímiles.

Sp 1 Sp 2

K = 0

D = 2 0 t t

H = 4N 0 / 4N 0+1

Esto implica que

• El polimorfismo es una fase transitoria entre

eventos de sustitución

Ahora bien:

¿Cuándo se produce una sustitución se pasa

por fases de monomorfismo?

Si indagamos a nivel de las secuencias de

nucleótidos….. y volvemos a la figura

Algunas cuentitas

• Si en promedio una mutación tarda 4N generaciones en fijarse, en el interín aparecerán nuevas mutaciones.

• Si la tasa es 10-9 mutaciones por bp por generación, un gen de 1000 bp tendrá 10-6 mutaciones por gameta por generación

• En cada generación se producirán en una población de tamaño N = 1000:

10-6 (mut por gameta) x 2x103 (si el organismo es diploide)

que en el curso de 4000 generaciones serán 8 mutaciones

Principios básicos para entender la

TN

• Frecuencia inicial de una nueva mutación: 1/2N

• Probabilidad de Fijación de una mutación 1/2N

• Tiempo medio que tarda una mutación en fijarse 4N (en organismos diploides)

• En el equilibrio la heterocigosidad es proporcional a 4N

• Tasa de evolución neutra K = f

• Divergencia entre secuencias d = 2 ot

• Probabilidad de Fijación de una mutación ventajosa P = 2s

• Tasa de sustitución adaptativa K = 4Ns

Teoría Neutralista

A pesar de los problemas mencionados, la TN

se ha transformado en la gran hipótesis nula

de la Evolución

Poniendo a prueba la teoría

¿Qué pasa con la

heterocigosidad?

En el equilibrio

H = 4N o/4N o+1 =

H = / + 1

Una manera de poner a prueba la TN es

investigar si existe correlación entre el Ne y

la heterocigosidad

Por ejemplo: los loci del cromosoma X y

los del Y tienen diferente Ne, entre sí y

respecto de los autosomas

Heterocigosis para 5264 loci

microsatélites autosómicos y del X en el

hombre

Cromosoma

No de Loci

H

22 Autosomas

5048

0,70

X

216

0,65

La expectativa es que HX/HA = 0,75

II. Prueba de McDonald y Kreitman. Alcohol dehidrogenasa en moscas de la fruta. La tasa de evolución

neutra y el polimorfismo en sitios no sinónimos se espera que sean

menores que en sitios sinónimos. La expectativa es que en un gen

determinado la relación cambios “no sinónimos/sinónimos” debería

ser constante. Los autores hallaron que el 29% de las diferencias

fijadas entre especies eran de reemplazo, pero solamente el 5% de

los polimorfismos eran del mismo tipo.

POLIMORFISMO SUSTITUCIONES

Reemplazo 2 7

Sinónima 42 17

% Reemplazo 4,5 29,2

Poniendo a prueba la Teoría Neutralista

I. La prueba KA / KS = fA T / fS T

Genes mayores de histocompatibilidad (MHC) en mamíferos. Hughes y Nei

compararon las tasas de sustitución silenciosa vs la de sustituciones de

reemplazo. La TN sostiene que en general que las tasas de sustitución

silenciosas deberían ser mayores que las de reemplazo, lo cual es en

general cierto. Pero esto no ocurre en los genes MHC, en particular en

los sitios que codifican los aac correspondientes al sitio de

reconocimiento antigénico.

¿Qué nos dicen las secuencias de

ADN?

Las bases de la genética de poblaciones clásica

1. Wright-Fisher (WF) model

S. Wright R.A. Fisher La teoría que

vamos a estudiar se basa en el modelo de

Wright-Fisher

que considera >>>˃

Modelo de Wright-Fisher (WF)

• La evolución de un locus neutral en una población de tamaño constante, con apareamiento al azar, y generaciones discretas.

• En cada generación t cada individuo tiene un número aleatorio de descendientes (mayor o igual a 0) en la generación t+1. Cada descendiente es:

– idéntico al parental con probabilidad 1-μ;

– o portador de una mutación

1. Modelo de Wright-Fisher (WF)

generation 0

generation 1

generation 2

generation 3

generation 4

generation 5

generation 6

1. Wright-Fisher (WF) model Tim

e

2. Genealogies and the tree of life


Las siguientes diapositivas muestran como construir un árbol genealógico que relaciona a 22 individuos de una muestra tomada en la generación actual de una población, para un solo locus (e.g. del segmento no-recombinante del cromosoma Y).

Cada hijo tiene un solo padre, pero como cada padre puede tener más de un hijo, en la genealogía ocurren lo que se llama eventos de coalescencia. Estos cuales resultan en la reducción de ancestros. Eventualmente, queda un solo ancestro – el Ancestro común Más Reciente (ACMR o MRCA).

La Genealogía de una muestra

actual

Present

Time

Imaginemos una población grande. Millones de individuos y generaciones!!!


Past

...

...

...

:

.

:

.

:

.

Present

Time

De la población tomamos una muestra de 22 individuos y la seguimos.


Past

...

...

...

:

.

:

.

:

.

Present

Time

22 individuals

18 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors

3 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors

3 ancestors

3 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

3 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

2 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

2 ancestors

2 ancestors


Present

Time

22 individuals

18 ancestors

16 ancestors

14 ancestors

12 ancestors

9 ancestors

8 ancestors

8 ancestors

7 ancestors

7 ancestors

5 ancestors

5 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

3 ancestors

2 ancestors

2 ancestors

1 ancestor


Present

Time


Se pueden simplificar

mucho las cosas.

Considerando

solamente los

ancestros de la muestra

hasta el ACMR: el

ARBOL GENEALOGICO

de la muestra

Present

Time

Ancestro común más reciente

(ACMR)


Al comparar las secuencias de ADN de una muestra de individuos detectamos sitios polimórficos (segregantes) y no variables


Tener un Ancestro Común es un proceso aleatorio. Así como que

ocurra una Mutación

111111111111111111111111111111111

666666666666666666666666666666666

001111111111112222222222222223333

281224466788880112334667789991256

561695878237899353097450863451080

ANDERSON TTCTGGCCCTACCTTGACACACACCCACCTCCC

GUI 1 ..............C..T...........C...

GUI 2 ..............C..T...........C...

GUI 3 .C..AA.....T.C.A.T....C.TG.T.C..T

GUI 4 ....A.T.TC.TGC...TG..........CT..

GUI 5 C..C.......T.C...T...T.TT....C...

GUI 6 C......G................T...T....

GUI 7 ..TC.......T.C...T.T...TT.G..C...

GUI 8 ....A.....C..C..GT.........T....T

GUI 9 .........CC..C...T...............

GUI 10 ....A......T.CC..T......T..T.C.TT

GUI 11 ..............C..T..G........C...

Sequence polymorphism

Si las mutaciones se mapean en la genealogía, pueden servir para dividirla en subgrupos (representados por colores diferentes)

Present

Time

mutation

Most recent common ancestor

(MRCA)

TCGAGGTATTAAC

TCTAGGTATTAAC


Present

Time


(MRCA)

TCGAGGTATTAAC

TCTAGGTATTAAC

TCGAGGCATTAAC


Present

Time


(MRCA)

TCGAGGTATTAAC

TCTAGGTATTAAC

TCGAGGCATTAAC

TCTAGGTGTTAAC


Present

Time


(MRCA)

TCGAGGTATTAAC

TCTAGGTATTAAC

TCGAGGCATTAAC

TCTAGGTGTTAAC

TCGAGGTATTAGC


Present

Time


(MRCA)

TCGAGGTATTAAC

TCTAGGTATTAAC

TCGAGGCATTAAC

TCTAGGTGTTAAC

TCGAGGTATTAGC

TCTAGGTATCAAC


Present

Time


(MRCA)

TCGAGGTATTAAC

TCTAGGTATTAAC

TCGAGGCATTAAC

TCTAGGTGTTAAC

TCGAGGTATTAGC

TCTAGGTATCAAC

* ** * *


La estructura de la variación hereditaria actual de una población se puede pensar como la superposición de dos procesos aleatorios: el coalescente y la mutación

Resumiendo:

3. The coalescent

La probabilidad de que dos individuos tengan un ancestro común en la generación anterior es

La matemática es simple

(ignorando la mutación y la recombinación)

1

N

La probabilidad de que dos alelos provengan de un mismo ancestro en la generación anterior es

2

1

N

caso diploide

caso haploide

3. The coalescent

•El Tiempo de coalescencia se calcula recursivamente.

•La Probabilidad de que dos alelos vengan del mismo

progenitor depende solo de N (tamaño poblacional).

• P (coalescencia) = , p(no coalescencia)= 1-

• P(t) =

• E[TACMR] = 2N

• 63% de los casos tienen TMRCA < 2N

N2

1

N2

1

NN

t

2

1

2

11

1

3. The coalescent

A mayor N, el árbol es más largo, más variabilidad.

Población grande Población chica

Tiempo al ACMR

• Para múltiples linajes, el tiempo al ACMR se estima usando la siguiente ecuación la cual converge rápidamente a 4N a medida que n (tamaño muestral) aumenta. Es decir, el ACMR para una muestra se aproxima al de la población.

1

1 1

14

n

i

ACMRii

NTE

3. The coalescent

Coalescencia y mutaciones neutras

Podemos calcular: 1) el número de bases en que

difieren dos alelos de la población, 2) inferir las

relaciones entre alelos, es decir reconstruir el

árbol de genes

Si en cada linaje ocurren mutaciones a una

tasa por generación, entonces para dos

alelos que compartieron un ancestro común

tCA generaciones en el pasado se habrán

acumulado x tCA mutaciones en cada

linaje

Parámetros del proceso

T = suma de la longitud de todas las ramas de la

genealogía

E (T) = 4N

S = número de mutaciones en la genealogía

E(S) = E(T), donde S = ai

Donde θ = 4N (recordar la heterocigosis del

equilibrio mutación/deriva?)

Y se lo conoce como parámetro mutacional de la teoría

neutralista

Es decir que el número de mutaciones en la genealogía

(S) es un estimador de la heterocigosidad

Otros estimadores de = 4N

El número promedio de diferencias entre secuencias que depende de las frecuencias en que se encuentran las variantes que segregan en la población.

Es la heterocigosidad esperada por sitio

Los sitios que más aportan a este estimador son los que están en frecuencias intermedias

= (N/N-1) pi pj ij

Estimadores del parámetro

mutacional • Watterson: S (número

de sitios segregantes)

= S / ai

• Tajima: número promedio de diferencias

= = (n / n - 1) pi pj ij

A) Aparecen mutaciones no neutras. Los distintos de tipos de selección dejan huellas diferentes en la estructura de los árboles (en los patrones de variación neutra).

la SN positiva que lleva a la fijación de una variante disminuye el Ne y por lo tanto acorta la longitud del árbol.

En cambio la SN equilibradora que tiende a preservar alelos por mas tiempo que la DG, entonces habrá linajes del árbol que persistirán por mas tiempo que 4N

La SN negativa producirá un exceso de alelos de divergencia reciente, porque las variantes deletéreas permanecen por poco tiempo hasta su remoción por SN.

B) N no constante

• Si el tamaño de la población se ha incrementado las ramas del árbol son más cortas en el pasado (porque Ne era más chico)

• Si la población se ha reducido (cuello de botella) las ramas son cortas en el presente y más largas en el pasado

¿Qué ocurre con la variación neutra

cuando las suposiciones del modelo

W-F no se cumplen?

La selección positiva

Barrido Selectivo • El rápido aumento de una

variante selectivamente

ventajosa puede reducir los

niveles de variación neutra en

regiones ligadas

Positive selection produces “Selective Sweeps”

A

-

-

T

-

-

-

T

-

T

-

A

-

-

-

-

-

-

C

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-

-

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G

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A

T

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-

A

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C

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G

-

G

-

G

-

G

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A

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G

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C

C

C

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T

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A

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T

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T

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T

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G

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A

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A

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G

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G

-

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G

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T

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A

-

-

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-

-

-

-

-

No Recombination

A

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T

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T

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T

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A

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G

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A

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A

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C

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G

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G

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G

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G

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G

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C

C

C

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T

-

-

-

-

-

-

-

-

A

-

T

-

-

-

-

-

-

Recombination

3. Selection at the molecular level


Selección Positiva:

• Cambio adaptativo. Novedades evolutivas.

• Eliminación de la variación ligada.

• Si la evolución se acelera entonces podemos tener que Ka/Ks > 1

Genealogías de genes bajo modelos

alternativos

Si el tamaño de la población se ha incrementado las ramas del árbol son mas cortas en el pasado (porque Ne era mas chico)

También los distintos de tipos de selección dejan huellas diferentes en la estructura de los árboles (en los patrones de variacion neutra).

1) la SN positiva que lleva a la fijación de una variante disminuye el Ne y por lo tanto acorta la longitud del árbol.

2) La SN equilibradora

3) La SN negativa producirá un exceso de alelos de divergencia reciente, porque las variantes deletéreas permanecen por poco tiempo hasta su remoción por SN.

Selección equilibradora

2. Selection and polymorphism

La selección equilibradora

• Tiende a preservar alelos por un tiempo

mayor a 4N generaciones, que es lo que

persiste en promedio un alelo por deriva.

que los tiempos de coalescencia son

mayores y que las ramas son más largas


alternativos

Si el tamaño de la población se ha incrementado las ramas del árbol son mas cortas en el pasado (porque Ne era mas chico)

También los distintos de tipos de selección dejan huellas diferentes en la estructura de los árboles (en los patrones de variacion neutra).

1) la SN positiva que lleva a la fijación de una variante disminuye el Ne y por lo tanto acorta la longitud del árbol.

2) En cambio la SN equilibradora que tiende a preservar alelos por mas tiempo que la DG, entonces habrá linajes del árbol que persistirán por mas tiempo que 4N

3) La SN negativa producirá un exceso de alelos de divergencia reciente, porque las variantes deletéreas permanecen por poco tiempo hasta su remoción por SN.

Selección purificadora. También elimina la

variabilidad ligada

A

-

-

T

-

-

-

T

-

T

-

A

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-

-

-

-

-

C

-

-

-

-

-

-

G

G

A

T

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-

-

-

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A

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C

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G

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G

-

G

-

G

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A

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-

G

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-

C

C

C

-

-

T

-

-

-

-

-

-

-

-

A

-

T

-

-

-

-

-

-

A

-

-

T

-

-

-

-

-

T

-

-

-

-

-

-

-

-

C

-

-

-

-

-

-

-

-

A

T

-

-

-

-

-

-

-

A

-

-

-

-

-

-

-

-

C

-

-

G

-

-G

-

-

-

G

-

-

A

-

-

-

-

-

G

-

-

-

C

C

C

-

-

T

-

-

-

-

-

-

-

-

A

-

-

-

-

-

-

-

-

No Recombination


A

-

-

T

-

-

-

T

-

T

-

-

-

-

-

-

-

-

C

-

-

-

-

-

-

-

-

A

T

-

-

-

-

-

-

-

A

-

-

-

-

-

-

G

-

C

-

-

G

-

G

-

-

-

G

-

-

A

-

-

-

-

-

G

-

-

-

C

C

C

-

-

T

-

-

-

-

-

-

-

-

A

-

T

-

-

-

-

-

-

Recombination


Selección purificadora:

• Muestra lo que no puede cambiar (conservado)

• genes relacionados con enfermedades

• Detección de nuevas funciones


alternativos

• Sin embargo, algunos eventos demográficos

(N no constante) dejan huellas en el genoma

que pueden confundirse con SN

La expansión poblacional y la selección positiva pueden generar árboles muy similares

Tendremos muchas variantes en baja frecuencia

4. The coalescent with selection

N

t

Genealogías bajo diferentes historias

demográficas

A Tamaño constante

Expansión

poblacional

ij

ijji xx

1

1

1n

i

W

i

S

eW N4


Bajo selección positiva, el estimador basado en S es más

grande que , porque tenemos un

exceso de mutaciones en baja

frecuencia

La prueba de Tajima (D) compara y S y determina si la

distribución de frecuencias de las variantes es compatible con la neutralidad

= Pairwise nucleotide diversity S=Number of segregating sites


S

S

W

W

VarD

VarD

ˆˆ

ˆˆ

Bajo neutralidad, D = 0

La selección positiva o los cambios demográficos, afectan y S de diferente modo.

D < 0

eW N4

Un ejemplo: mtDNA humano • Ingman et al. (2000) 52 secuencias de mtDNA completas

• 521 sitios segregantes

23.28.31

3.1152.44

8.31)(V̂

3.115/

52.4

2.44

52

52

D

d

aS

a

mtDNA Humano tiene un exceso de variantes raras

Expansión poblacional o selección positiva?

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 11 21

Rare allele frequency

No. sites

Observed

Expected



Selección equilibradora es equivalente a la subdivisión poblacional. En este caso el D de Tajima es positivo porque habrá un exceso de

variantes en frecuencia intermedia

W

W

VarD


¿Cómo sabemos si el estadistico D de Tajima es significativo?

¡¡¡Usamos el coalescente!!!

Corriendo simulaciones de coalescencia bajo neutralidad, usando n y S estimado a partir de los datos. En cada simulación se calcula D y así

obtenemos la distribución.


Hay muchas pruebas estadisticas

Poniendo a prueba la Teoría Neutralista

I. La prueba KA / KS = fA T / fS T

Genes mayores de histocompatibilidad (MHC) en mamíferos. Hughes y Nei

compararon las tasas de sustitución silenciosa vs la de sustituciones de

reemplazo. La TN sostiene que en general que las tasas de sustitución

silenciosas deberían ser mayores que las de reemplazo, lo cual es en

general cierto. Pero esto no ocurre en los genes MHC, en particular en

los sitios que codifican los aac correspondientes al sitio de

reconocimiento antigénico.

II. Prueba de McDonald y Kreitman. Alcohol dehidrogenasa en moscas de la fruta. La tasa de evolución

neutra y el polimorfismo en sitios no sinónimos se espera que sean

menores que en sitios sinónimos. La expectativa es que en un gen

determinado la relación cambios “no sinónimos/sinónimos” debería

ser constante. Los autores hallaron que el 29% de las diferencias

fijadas entre especies eran de reemplazo, pero solamente el 5% de

los polimorfismos eran del mismo tipo.

POLIMORFISMO SUSTITUCIONES

Reemplazo 2 7

Sinónima 42 17

% Reemplazo 4,5 29,2

Aplicación de la coalescencia

El origen del hombre moderno

Si la separación de

las poblaciones es

reciente, el tiempo

de coalescencia (tc)

de los alelos es por

lo general mayor o

igual al tiempo de

división de las

poblaciones (tP) .

En pocos casos

tc < tP debido a

pérdida de alelos.

O tP <<< tcsi hay

alelos bajo

selección

equilibradora

Presentación de PowerPoint - IEGEBA · operacional: son mutaciones cuyo efecto sobre el fitness es...

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