GENETICA DE
POBLACIONES
Prof. Rafael Blanco, Programa de Genetica Humana,
ICBM, Facultad de Medicina, U. de Chile
¿Qué estudia la Genética de Poblaciones?
La mantención de la variabilidad
genética en poblaciones
mendelianas.
¿A qué se debe que los seres
humanos sean individualmente
considerados únicos y, sin embargo,
se puedan agrupar en poblaciones
distintas?

¿Cómo se originó esta variabilidad?

¿Es estable o cambia con el tiempo?

¿Qué mecanismos la mantienen?

¿Qué consecuencias ha tenido la
evolución cultural sobre la
evolución biológica humana?
TEMA CENTRAL
“La mantención de la
variabilidad genética en
poblaciones mendelianas”
Factores que cambian las frecuencias
génicas en las poblaciones
Deriva genética
Migración
Mutación
Selección Natural
AGENTES EVOLUTIVOS
Procesos sistemáticos ( es predecible la magnitud y
dirección de los cambios en la frecuencia genica que
introducen en las poblaciones mendelianas)
Mutación
 Migración
 Selección

Procesos dispersivos (su acción es predecible en
magnitud pero no en direccionalidad)


Deriva genética
Endogamia o consanguinidad
MUTACION

Cambio estable en el material genético.

Fuente última de variación genética. Genera
variación de novo.

Es aleatorio (independiente, no dirigida) de la función
del gen.

La tasa de mutación es de 1 en 10-5 cuando muta un
alelo de cada millón de alelos en una generación.

Las tasas de mutación espontáneas son muy bajas, y
por ello no pueden producir cambios de frecuencias
(por generación) rápidos en las poblaciones.
Las mutaciones más frecuentes –un 80% del total de las mutaciones a
nivel de DNA- son las causadas por adición o deleción de pares de bases.
El hecho de añadir o sustraer una base puede producir –si cae en la región
codificada de un gen- un corrimiento en la pauta de lectura por tripletes.
Este desplazamiento provocará cambios que se traducirán en la
codificación de una proteína distinta y a ello se debe el efecto deletéreo
de muchas mutaciones.
Se estima que la media de la tasa de mutación por nucleótido en humanos
es de 2.5 x 10-8 o de unas 175 mutaciones por genoma diploide y por
generación.
Las tasas de mutación debidas a elementos debidas a elementos
transponibles son aproximadamente dos ordenes de magnitud más
elevadas que las producidas por otros mecanismos.
Las mutaciones a nivel cromosómico pueden afectar
tanto
a
fragmentos
cromosomas
enteros.
de
cromosomas,
Estas
como
mutaciones
a
suelen
producirse durante la división celular e implican
reordenaciones del material ya existente.
Estas mutaciones a nivel cromosómico pueden ser :
:: Mutaciones Estructurales : Afectan a la estructura o
forma de un cromosoma en particular.
:: Mutaciones Numéricas : Afectan al número total de
cromosomas que forman parte de un individuo.
MUTACIONES A NIVEL DE DNA
Errores en el proceso de replicación o reparación
MUTACION DE TRANSICION
MUTACION DE TRANSVERSION
Si dos alelos A y a están en Eq H-W, pero en
una determinada generación en individuos
Aa el gen “A” muta a “a” dichos individuos
sólo producirán gametos “a”.
En la generación subsiguiente habrá
aumentado la proporción de individuos Aa y
aa y disminuido los AA.
Pero este cambio será insignificante o nulo si
la mutación tiene lugar en un solo individuo de
la población, ya que la mutación tiene una
probabilidad infinitamente pequeña de
sobrevivir, a menos que la mutación signifique
ventajas selectivas considerables y la
población sea pequeña.
Mutaciones Recurrentes
Cada acontecimiento mutacional vuelve a
repetirse con una frecuencia “”
determinada promoviendo una presión de
mutación sobre la estabilidad del reservorio
génico.
Po = Frecuencia de alelo A en la generación inicial.
A.
Go = frecuencia A = po
A
a

Frecuencia de A(p) disminuirá en la cantidad p = po
B. G1 = Frecuencia A =
p1 = po – p
p1 = po – po
p1 = po (1-)
p2 = p1 (1-)
p2 = po (1-) (1-)
p2 = po (1-)2
pn = po (1-µ)n
qn = 1 - po (1-)n
Ej
:
p (A) =
q (a) =
Tasa de mutación =
0.430
0.570
0.00001
p3 = 0.430 (1-0.00001)3 = 0.430 x 0.99995 = 0.429
q3 = 1-0.429 = 0.571.
Así se puede llegar a calcular que para una tasa
1.10-5 y frecuencia po de A = 0.96 se
requerirán 69000 generaciones para que
disminuya en ¼ (p=0.24) y casi medio millón de
generaciones (483.000) para que la frecuencia
original de 0.96 cambie a 0.007, es decir, para
alcanzar una situación próxima a la sustitución
de un alelo por otro.
La enorme cantidad de generaciones
requeridas nos indica la escasa incidencia
que guarda la mutación en el cambio de las
frecuencias génicas en las poblaciones
mendelianas.
Mutaciones Reversibles
Tasa v (a
A)

( p) A
Adición de A en vq
a (q)
v
Substracción de A en  (1-q)
p = 1-q
 (1-q) = vq
 – q = vq
 = vq + uq
 = q (+v)
q=

+v
p=
v
+v
Cuando las adiciones igualen a las
sustracciones, las frecuencias génicas
estarán en equilibrio bajo las presiones de
mutación recurrente y reversible.
Selección Natural
A esta conservación de las
variaciones y diferencias
individualmente favorables y a
la destrucción de las que son
perjudiciales, la he llamado
selección natural o
supervivencia de los más aptos.
Charles Darwin
Como nacen muchos más individuos que los que tienen
posibilidad de sobrevivir y, por lo tanto, como hay una
lucha por la existencia que se repite constantemente, se
deduce que todo ser, por poco que varíe de un modo
que le sea provechosos, tendrá una mayor probabilidad
de sobrevivir bajo las complejas y a veces cambiantes
condiciones de vida, viéndose así seleccionado por la
naturaleza. En razón del fuerte principio de la herencia,
toda variedad seleccionada tenderá a propagar su nueva
forma modificada” (Darwin, Origin of Species,
Introducción).
Para DARWIN y sus continuadores, la
selección natural era un aspecto de la
mortalidad diferencial, y según este
concepto, se destacaba el valor de vida o
muerte que pueden tener los distintos
caracteres en la lucha por la existencia.
Para la teoría moderna, el concepto de selección
denota la reproducción diferencial y determinista
(no fortuita) de diferentes genotipos.
En ésta intervienen : viabilidad, longevidad,
fecundidad, vagilidad diferencial,( diferente
capacidad de migración) y diferente aptitud para
el apareamiento,
Según el grado de ploidía de los organismos
considerados la selección puede ser :
Selección gamética : referida a gametos y
organismos haploides.
Selección cigótica : referida a organismos
diploides.
Según la relación de dominancia de los alelos
considerados la selección puede ser :
Selección contra dominantes : conduce a la
desaparición del alelo en cuestión.
Selección contra recesivos : disminuye la
frecuencia del alelo a una velocidad cada vez
menor.
Selección favorable a heterocigotos : que
conduce a un polimorfismo equilibrado.
Existen dos mecanismos principales a
través de los cuales algunos tipos genéticos
pueden dejar más (o menos) descendientes
que otros tipos.
1°
Un individuo puede dejar un mayor
número de descendientes porque es más
capaz de resistir una condición
medioambiental adversa y así sobrevivir
hasta la vida adulta o hasta la madurez
sexual. En este caso el efecto se
manifiesta a través de una “sobrevida”
diferencial (o bien una mortalidad
diferencial) de los otros tipos genéticos.
2°
Puede haber diferencias en el número de
descendientes, esto es una fertilidad
diferencial. Ambos mecanismos, sobrevida y
fertilidad diferencial deben ser tomados en
cuenta ya que, el número de descendientes
depende de ambos.
Es importante recordar que, la sobrevivencia
y la fertilidad se miden en relación a un
mediombiente específicos.
Hay que tener en cuenta que la selección actúa
sobre los fenotipos y no directamente sobre los
genes.
Esto implica que los genes mutantes recesivos
no estén expuestos a la selección hasta que sus
frecuencias sean suficientemente altas en la
población como para que se produzcan
homozigotos.
La eficancia darwiniana o valor adaptativo es
una medida del éxito reproductivo
Supongamos que de tres posibles genotipos, AA, Aa,
aa, en el que A es el dominante, los individuos
homocigotos recesivos produzcan menos descendencia
que los individuos poseedores de los otros genotipos.
El valor adaptativo se simboliza por W y
como es un valor relativo al genotipo más
favorable se le da un valor de W=1; a los
restantes se les expresa como fracciones
decimales de ese patrón. Resulta claro que
los genotipos de menor valor adaptativo
habrán sido afectados por una presión de
selección, que se mide por el coeficiente s
de selección.
•Selección en contra del homocigoto recesivo: un
locus con dos alelos, A y a
s = coeficiente selección
Genotipo
Frec.
genotípica
Eficacia
biológica (W)
Prop. tras
selección
Frec.
genotípicas
tras selección
Total
AA
Aa
aa
p2
2pq
q2
1
wAA
1
p2
wAa
1
2pq
waa
1-s
q2(1-s)
1-sq2 = w
p2/w
2pq/w
q2(1-s)/w
1
El valor de s para este caso puede variar
desde 0 hasta 1. Cuando s vale 0, es porque
el recesivo homocigoto no ofrece ninguna
desventaja selectiva, mientras que cuando s
vale 1, significa que el homocigota recesivo
es letal.
Los distintos genotipos poseen distinto valor
adaptativo en determinadas condiciones del
medio, se producirán cambios en la
composición génica de la población
involucrada mientras persista la misma
presión de selección.
La anemia falciforme es bastante
frecuente en algunas regiones de Africa y
Asia donde la malaria es endémica.
Las hemoglobinas son de las proteínas más comunes en el
cuerpo, alrededor de un kilogramo de hemoglobina
(alrededor del 98%) como hemoglobina A, un tetrámero,
que consta de dos cadenas polipeptídicas α y dos β;
codificadas por diferentes loci.
La cadena β de la hemoglobina consta de 146 aminoácidos.
La única diferencia entre individuos normales y pacientes
con anemia falciforme es que la β normal tiene ácido
glutámico en la posición seis, mientras que la β falciforme
tiene valina en esta posición.
El ácido glutámico (Glu) está codificado por
cualquiera de los codones GAA y GAG, mientras que
la valina (Val) está codificada por cualquiera de los
cuatro codones, GUU, GUC, GUA o GUG.
Por lo tanto, una mutación que cambia la segunda A
en una U en el triplete que codifica para el ácido
glutámico originará un triplete que codifique para
la valina, siendo así responsable de la anemia
falciforme.
Esta diferencia aparentemente trivial tiene
serias consecuencias sobre la salud: alrededor
de 100.000 personas mueren cada año en el
mundo debido a que son homocigotos para el
alelo falciforme.
La condición anémica de los pacientes
falciformes se debe a las propiedades de la
valina y el ácido glutámico. Las proteínas
tienen configuraciones plegadas con algunos
aminoácidos situados en el interior de la
molécula y otros hacia el exterior. El ácido
glutámico (exterior)es un aminoácido hidrófilo
pero la valina es un aminoácido hidrófobo.
Cuando en la 6ª posición de la cadena β está
presente una valina , la solubilidad de la
hemoglobina disminuye considerablemente, al
menos bajo condiciones de baja presión de oxígeno.
En los estrechos capilares sanguíneos la hemoglobina
falciforme tiende a cristalizar y los glóbulos rojos de
la sangre a romperse y se produce una severa
anemia. Los individuos homocigotos para el alelo
falciforme normalmente mueren antes de la edad
adulta.
La resistencia de los heterocigotos a la malaria deriva
de que producen ambas formas de hemoglobina,
normal y falciforme. La hemoglobina normal les
permite funcionar normalmente, aunque tienden a
mostrar fatiga más fácilmente cuando hacen ejercicios
violentos. Por otra parte, los glóbulos rojos de la
sangre que contienen hemoglobina falciforme tienden
a romperse.
En consecuencia, el parásito de la malaria, que se
multiplica en los glóbulos rojos y se alimenta de la
hemoglobina, encuentra un ambiente mucho menos
favorable en los individuos que contienen hemoglobina
falciforme que en aquellos que sólo tienen
hemoglobina normal. De ahí la menor incidencia de la
malaria entre los primeros.
•Selección a favor del heterocigoto
Genotipo
Frec.
genotípica
Eficacia
biológica (W)
Prop. tras
selección
Frec.
genotípicas
tras selección
Total
AA
Aa
aa
p2
2pq
q2
1
wAA
1-s1
p2(1-s1)
wAa
1
2pq
waa
1-s2
q2(1-s2)
1-s1p2-s2q2 = w
p2(1-s1)/w
2pq/w
q2(1-s2)/w
1
Estimación de eficacia a partir de desvíos
del equilibrio de Hardy Weinberg
Genotipo
Frec Obs
adultos
Frec Esp
H-W
O/E
Eficacia
relativa
SS
29
187.4
0.155
0.14
SA
2993
2672.4
1.12
1.00
AA
9365
9527.2
0.983
0.88
12 387
12 387
Total
Eficacia
SS
0.155 / 1.12 = 0.14
SA
1.12 / 1.12 = 1.00
AA
0.983 / 1.12 = 0.88
La selección natural:
-El proceso de selección
Selección fenotípica (causa)
Selección genotípica (efecto)
Selección
fenotípica
X
0,5
0
Selección
genotípica
0,5
0
AA
Aa
aa
Tipos de Selección fenotípica
EN RESUMEN...
 La selección natural es un proceso poblacional propuesto
inicialmente por Darwin, y luego retomado por la Teoría
Sintética como el mecanismo evolutivo más importante.
 La selección natural explica la adaptación, pero no
necesariamente conduce a ella.

Hay evidencias empíricas que demuestran que la
selección es un proceso importante actuando a nivel de
las poblaciones.
 Su importancia relativa depende de su balance con otras
fuerzas como la deriva genética y el flujo génico.
MIGRACION
El flujo génico o migración es el proceso de transferencia de
genes de una población a otra, o entre dos o más poblaciones,
e implica la dispersión de nuevas variantes genéticas entre
poblaciones diferentes.
Las migraciones son movimientos que realizan los individuos
de una población fuera del área geográfica que ocupan
habitualmente.
Se donomina emigración a la salida de
individuos de una población e inmigración a la llegada de
individuos provenientes de poblaciones vecinas.
Estos se pueden estimar comparando las frecuencias
genéticas de las poblaciones ancestrales, con aquella
que resulta de la mezcla entre ellas (miscegenación).
Sus efectos sobre las frecuencias alélicas
dependen de :

Tasa de migración (número de migrantes).

Frecuencias alélicas de las dos poblaciones.

Tamaño de la población receptora.
DIVERSIDAD GENETICA DE CHILE
Características
Biológicas
Norte
Grande
Norte
Chico
Zona
Urbana
Central
Rural
Sur
Austral
Orígen Etnico
Multirracial
Trirracial
Birracial
Birracial
Birracial
Birracial
Minorías
Aborígenes
Importante
No hay
No hay
No hay
Abundante
Escasa
Minorías
Europeas
Escasa
Escasa
Escasa
No hay
Escasa
Importante
Miscegenación
Baja
Baja
Alta
Baja
Baja
Alta
Consanguinidad
Exomanía
Poca
Endogamía
Mayor
Endogamía
Alta
Endogamía
Migración
Inmigración
Inmigración
Emigración
Emigración
Emigración
Inmigración
FRECUENCIAS GENICAS ACUTALES DE LA POBLACION MIXTA CHILENA Y DOS
POSIBLES POBLACIONES ANCESTRALES PARA TRES MARCADORES GENETICOS
SISTEMA
MAPUCHES
ESPAÑOLAS
MIXTA CHILENA
Haptoglobina (Hp)
34
800
319
Nº 1
0.7500
0.4115
0.5642
Nº2
0.2500
0.5885
0.4356
Esterasa D (EsD).
51
867
300
Nº 1
0.8200
0.9020
0.8232
Nº 2
0.1800
0.0980
0.1766
ABO Nº
148
20.000
321
IA
0.0180
0.2864
0.1824
IB
0.0000
0.0670
0.0698
I
0.9820
0.6465
0.7477
Población I
Generación I
(GO )
A
a
A A
a A
A A
Población II
pA=0,80
qa=0,20
A
A
A a
a A a
a A
pA=0,70
qa=0,30
Mutación A  a
Generación II
(Gn )
AA a
A a A
a A A
Generación III
(Gn + m)
A
A
A
a
A
A
A
a A
pA=0,70
qa=0,30
pA=0,70
qa=0,30
A
a
A
A a A A
A a
A
A
a
A
a
a a A
a A
pA=0,70
qa=0,30
pA=0,60
qa=0,40
M = 0,1 (Inmigrantes)
1-M = 0,9 (Nativos)
Migración: movimiento de individuos entre poblaciones
-Si las poblaciones difieren en frecuencias alélicas, la migración puede
producir cambios importantes en las frecuencias alélicas
-El movimiento de genes de una población a otra se denomina flujo
genético
- Los cambios en frecuencias alélicas son proporcionales a las diferencias de
frecuencia entre la población donadora y receptora y a la tasa de migración
m = Tasa de migración por generación
q’ = Frecuencia alelo a en problación donadora
qt = Frecuencia alelo a en problación receptora en generación t
m
q’
Donadora
qt
Receptora
qt+1 = mq’ + (1-m)qt
q = m(q’ - qt)
t+1
1-m
m
DERIVA GENICA
Se
denomina
Oscilación
Deriva
Genética
a
fluctuaciones de las frecuencias genicas a través de las
generaciones,
en
poblaciones
producidas por el simple azar
de
tamaño
finito,
En 1921 Hagedoorn y Hagedoorn observaron que en
una población el número de individuos destinados
potencialmente a ser los progenitores de una nueva
generación es por lo general menor al tamaño
efectivo poblacional.
Concluyeron que algunos genes se pierden al azar
como consecuencia de este hecho originando una
reducción de la variabilidad genética potencial
(muestreo gamético)
Se la considera como un factor que reduce la
variación genética. Su efecto depende del tamaño
efectivo poblacional.
La deriva genética es un proceso al azar que puede
expresarse de dos maneras.
a)
Diferencias entre generaciones sucesivas en una
población observada en el tiempo
b)
Diferencias entre grupos de poblaciones
contemporáneas y relacionadas.
La pregunta obvia es si algún fenómeno genético
observado en la naturaleza ha sucedido
fundamentalmente debido a Deriva genética. Solo si no
existen pruebas alternativas la deriva puede constituir
una explicación razonable.
Un ejemplo a menudo citado de este fenómeno en
poblaciones humanas concierne a los habitantes de las
islas PINGELAP, un pequeño grupo de islas del Pacífico,
ubicados en la micronesia.
Esta isla a fines del siglo XVIII, fue azotada por un tifón de
enormes proporciones, a consecuencia del cual
sobrevivieron alrededor de 30 de individuos, a partir de los
cuales se repobló la isla.
Cuatro generaciones después, los habitantes de esta isla
comenzaron a tener síntomas propios de una enfermedad
recesiva conocida como ACROMATOPSIA, que se caracteriza
por extrema sensibilidad a la luz, visión deteriorada y la
completa imposibilidad de distinguir colores.
La actual población de esta isla alcanza aproximadamente a
3.000 individuos, de los cuales 5 a 10% de ellos están
afectados por esta enfermedad y alrededor de un 30% son
portadores.
Curiosamente, los individuos de la población actual son
capaces de recordar sus ancestros, entre los que está un
varón sobreviviente al tifón antes mencionado.
Los científicos creen que esta persona era portadora de esta
enfermedad que se hizo patente cuando sus descendientes se
casaron entre si.
Si la información precedente se analiza en relación a la
frecuencias alélicas del gen de la ACROMATOPSIA en la
población actual :
aa =q2 = 0.05
q = 0.05  0.23
Si suponemos que entre los 30 individuos es probable
que solo uno haya sido heterocigoto para este alelo de
esta patología, ello significa que:
q =1/60  0.014 en el grupo original.
Nos vemos confrontados a un aumento en la
frecuencia del alelo desde un porcentaje estimado de
1.4% al 23% actual sin que se haya detectado una
evidente selección para el rasgo siendo por lo tanto la
explicación más razonable la deriva génica.
Por lo tanto :
Los efectos de la deriva genética serán tanto más
acusados cuanto menor sea el tamaño efectivo de la
población.
Los efectos de la deriva se acusan especialmente en
dos situaciones particulares :
Efecto fundador :
muy pocos individuos fundan una
nueva población.
Cuello de botella :
la población queda reducida
transitoriamente a pocos individuos.
La consanguinidad
:: Aumenta la frecuencia de loci en homocigosis
:: Disminuye la frecuencia de loci en heterocigosis
Por lo tanto la consanguinidad :
Altera el valor adapatativo de los individuos
Muestreo
aleatorio
de gametos
Generación 0
Alelos diferentes que
hay en la generación i
en la población
Pool de gametos de los que
se escogerá una muestra
aleatoria para formar la
siguiente generación
Generación 1
8
Generación
Simulación computacional
del proceso de deriva
genética. Se sigue la
frecuencia alélica durante
20 generaciones en una
población de tamaño
(a) 2N = 18 y
(b) 2N = 100
El tamaño (o censo) de la
población es el parámetro
crucial que determina la
intesidad de la deriva
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INTRODUCCION