Mutaci ón: su dinámica evolutiva y su papel en la evolución Curso Evolución

1. Mutación: su dinámica evolutiva y su papel en la evolución Curso Evolución Luis Eguiarte, Ana Escalante, Gabriela Castellanos

3. Mutación: • Historia natural y el problema de la estimación de las tasas de mutación • Modelos básicos de mutación • Mutación vs. deriva (en poblaciones finitas): el modelo de alelos infinitos y el modelo de mutación por pasos • Mutación vs. selección

4. Historia natural y problema de • la estimación de las tasas de mutación • Usualmente débil (bajas tasas de mutación), pero: i) Fuente primaria de la variación genética... si no hay variación NO actúa la SN (ni la deriva, flujo, endogamia) ii) Al azar (independiente de su futura utilidad). iii) Si hay mucho tiempo: evolución mol.neutra

5. Varios tipos: puntual, cambio de una base por otra...neutra, AA o stop

6. Varios tipos: cromosomal inversiones Drosophila duplicaciones deleciones rearreglos poliploidias

7. Usualmente bajan la adecuación: letales o deletéreas...

8. Estimación tasa de mutación u complicada(se necesitan n´s muy grandes). millones de ratones u=11.2 x10-6 regreso más baja 2.5 x 10-6

9. Estimación alozimas: Drosophila melanogaster Voelker et al. 1980 u= 5.14 x 10-6

10. El ambiente afecta las tasas (no son al azar en este sentido) 7.2 x 10-8 a 66 x 10-8.

11. b) Modelos básicos de mutación Modelo básico I: Mutación en un sólo sentido: Se pierde la variación, pero toma mucho tiempo Más rápido entre mayor sea la tasa de mutación

12. Mutación en un sólo sentido: similar a migración, pero las tasas de mutación siempre son muy chicas u = 1 x 10-4

13. Modelo básico II: Mutación en dos sentidos (ida y regreso). Se llega a un equilibrio, la velocidad depende de la tasa de mutación u= 10-4 v= 10-5

14. Modelo básico: Mutación en dos sentidos (ida y regreso). -los que dejan de ser q +los p que se vuelven q

15. Equilibrio estable si hay dos tasas = 0

16. Modelo básico: Mutación en dos sentidos (ida y regreso).

17. ¿que tan “efectiva” es la mutación?

18. a la mitad? es muy lento!! u= 10-5 t1/2= 69,314 u= 10-4 t1/2= 6,931

19. fórmula general

20. El destino del mutante La mayor parte de las mutaciones se pierden, por la dinámica de los apareamientos, dado que sólo en un alelo mutante originalmente:

21. La probabilidad total de que se pierda es la suma de todas las probabilidades anteriores (la p de cada tamaño de familia x la p de que se pierda) aproximadamente 0.368 de las veces se pierde el mutante en una generación

22. Aún con selección a favor, se pueden perder los mutantes

23. Balance Mutación- Selección (sin deriva, poblaciones infinitas) Dado que la mayor parte de las mutaciones son dañinas, son eliminadas por selección purificadora. Pero aún así se pueden acumular, causando la “carga genética”… una sola mutación se pierde, pero como mucho tiempo y muchas mutaciones…

24. Mutaciones recesivas: la SN las elimina, la mutación las regenera Si el mutante dañino es recesivo (selección, h=0) (como parecen ser la mayoría de los mutantes) y el incremento por mutación es aprox. mutación + selección

25. Si q2 es pequeña, el denominador de la parte derecha se puede aproximar a uno mutaciones recesivas h = 0, poblaciones infinitas

26. Eq. mutación-SN mutación lo regenera dañino

27. Eq. mutación-SN Si el alelo es un recesivo letal, h= 0 y s = 1.0, y la frecuencia alélica en el equilibrio esta dada por la raíz cuadrada de la tasa de mutación qe = u 1/2

28. La frecuencia alélica en el equilibrio qe obviamente aumenta como resutlado de una alta tasa de mutación o de una baja desventaja selectiva If the rate of mutation caused by some mutagenic factor is increased 10-fold, then the equilibrium genotype frequency is also increased 10-fold. Similarly, if a disease that was formerly lethal before the age of reproduction (s = 1) and now is only slightly disadvantageous (s = 0.1) because of better medical care, such as for phenylketonuria, then again the equilibrium genotype frequency is increased l0-fold.

29. Equilibrio mutación-selección con endogamia u = 10 -5 algo de endo- gamia ayuda a que se purgue la carga génica

30. Otros niveles de dominancia Cuando el mutante no es completamente recesivo (h mayor que 0) el equilibrio depende en buen parte del nivel de dominancia si la w relativa del heterócigo es = 1-hs

31. si h >> 0 y qe pequeña, en el equilibrio

32. si h >> 0 y qe pequeña, en el equilibrio y si hay dominancia completa h= 1 y ya vimos que si es recesivo h=0

33. si hay dominancia completa h= 1

34. si hay dominancia completa h= 1 y ya vimos que si es recesivo h=0 Si h aumenta, la q en equilibrio se reduce mucho Si es completamente recesivo, queda oculto en los heterócigos y su f. alélica en el equilibrio es más alta. With s = 1.0 for a recessive (h= 0) and a dominant (h = 1) allele, the equilibrium values are 0.00316 and 0.00001 With h = 0.01, a virtually undetectable disadvantage in the heterozygote, the equilibrium allele frequency becomes 0.00092, a reduction of over 70% from a recessive.

35. si el alelo no es completa-mente recesivo, su qe se reduce mucho, ya que se “ve” y es eliminado por la selección The mutation selection equilibrium frequency for different levels of dominance and three levels of selection (u = 10-5).

36. Carga génica= genetic load Reducción en la adecuación de una población comparada con una población compuesta exclusivamente por el genotipo óptimo Si A1A1es el óptimo veamos ahora la carga mutacional

37. La carga genética es entre 1(recesivo) y 2 (dominante) veces la tasa de mutación u… y es independiente de la SN!!!

38. ya sumados todos los loci, la carga genética puede ser substancial… 20%

39. c)Mutación vs. deriva (en poblaciones finitas): Mutación en poblaciones finitas: • el modelo de alelos infinitos y el modelo de mutación por pasos. • aún en una población infinita se puede perder un nuevo mutante, al no ser incluido en la progenie del individuo en el que surgió... • y obviamente la probabilidad de perderse aumenta en una población finita... así, el tamañoNe de la población es crítico!

40. c.1)Teoría Neutra de Kimura: Balance entre mutación y deriva El nuevo mutante,A1, surge en una población con sólo alelos A2 La frecuencia inical del nuevo mutante como ya vimos la probabilidad de fijación del nuevo mutante es igual a su frecuencia inicial

41. y la probabilidad de pérdida del nuevo mutante es igual a la probabilidad de fijación del alelo original, o sea:

42. Kimura y Ohta (1971): tiempo promedio a la fijación y el tiempo promedio para que se pierda un muntant nuevo, suponiendo neutralidad entre los alelos When the frequency of the allele is low (p 0) as for a new mutant, the expected time to fixation is The time to fixation has a very broad distribution with a long tail... Nei (1987) gave the standard deviation of the time to fixation as 2.141, illustrating the very wide distribution around the expected fixation time of 4N. tiempo a la fijación 4Ne

43. The time to fixation has a very broad distribution with a long tail... Nei (1987) gave the standard deviation of the time to fixation as 2.141, illustrating the very wide distribution around the expected fixation time of 4N. Ne smaller but equal substitution rates (k) Ne larger

44. The expected time to loss of a new mutant is If it is assumed that Ne=N, then the ratio of time to fixation over the time to loss is 2N/(ln(2N)). If N= 500, then fixationtakes an average of145 times longer than loss. tarda mucho más en fijarse que en perderse

45. If it is assumed that Ne=N, then the ratio of time to fixation over the time to loss is 2N/(ln(2N)). If N= 500, then fixation takes an average of 145 times longer than loss. Because the process of fixation takes so long, alleles observed during this process would be described as polymorphic, but this polymorphism is transient rather than permanent. polimorfismo transiente

46. c.2) EL MODELO DE LOS ALELOS INFINITOS: IAM infinite-allele modelKimura and Crow (1964) Si hay muchos alelos potenciales por locus: la mutación va a incrementar el número de alelos y la deriva génica va a reducir el número de alelos

47. IAM infinite-allele mode The properties of the equilibrium resulting from the balance of these two factors for this model, called the infinite-allele model (IAM) because each mutation is assumed to be to a new, unique allele, derived by Kimura and Crow (1964) using inbreeding coefficients. cada mutación produce un nuevo alelo

48. EL MODELO DE LOS ALELOS INFINITOS: IAM infinite-allele mode Kimura and Crow (1964) To illustrate this derivation, assume the expected homozygosity in generation t is nuevos autócigos + los que ya eran autócigos Let u be the mutation rate to new alleles at the locus. The probability of identity is now modified by the probability that both alleles do not mutate, or (1 - u)2, thus (como el modelo continentes-islas del balance flujo génico-deriva de Wright)

49. If it is assumed that there is an equilibrium between mutation producing new alleles and finite population size eliminating them, then ft= ft-1=fe if the terms with u2 are ignored if we ignore the small term 2u (because is very small) in both the numerator and denominator, then

50. Because the proportion of heterozygotes is H= 1 - f, the equilibrium heterozygosity for the infinite allele, neutral model. Often, because Ne and u appear as a product, the notation theta= 4Neu is used so that