Reconstrucción de la historia evolutiva de
los genes II: Ejemplos
Puntos a tratar en el Tema 7:Puntos a tratar en el Tema 7:Puntos a tratar en el Tema 7:Puntos a tratar en el Tema 7:•Casos paradigmáticos de estudios de variación en Casos paradigmáticos de estudios de variación en un genun gen•La variación en el gen La variación en el gen AdhAdh de Drosophila como de Drosophila como paradigma de los tres tipos de selección a nivel paradigma de los tres tipos de selección a nivel molecularmolecular•Test al neutralismo:Test al neutralismo:
•Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)•Test de McDonald y Kreitman (1991)Test de McDonald y Kreitman (1991)•Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)•Test de Fu y Li (1993)Test de Fu y Li (1993)
•La leyenda de una dinastía china: JingweiLa leyenda de una dinastía china: Jingwei•DNA mitocondrial y Evolución humanaDNA mitocondrial y Evolución humana
•Casos paradigmáticos de estudios de variación en Casos paradigmáticos de estudios de variación en un genun gen•La variación en el gen La variación en el gen AdhAdh de Drosophila como de Drosophila como paradigma de los tres tipos de selección a nivel paradigma de los tres tipos de selección a nivel molecularmolecular•Test al neutralismo:Test al neutralismo:
•Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)•Test de McDonald y Kreitman (1991)Test de McDonald y Kreitman (1991)•Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)•Test de Fu y Li (1993)Test de Fu y Li (1993)
•La leyenda de una dinastía china: JingweiLa leyenda de una dinastía china: Jingwei•DNA mitocondrial y Evolución humanaDNA mitocondrial y Evolución humana
Casos paradigmáticos de estudios de variación dentro de un gen
Casos paradigmáticos de estudios de variación dentro de un gen
•Kreitman, M. 1983. Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417.•Berry, A. J., J. W. Ajioka y M. KreitmanBerry, A. J., J. W. Ajioka y M. Kreitman. 1991. Lack of polymorphism on the Drosophila fourth chromosome resulting from selection. Genetics 129: 1111-1117.•McDonald, J. H. y M. KreitmanMcDonald, J. H. y M. Kreitman. 1991. Adaptative protein evolution at the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.•Begun, D. J. y C. F. AquadroBegun, D. J. y C. F. Aquadro. 1992. Levels of naturally ocurring DNA polymorphism correlate with recombination rates in D. melanogaster. Nature 356: 519-520.•Long, M. y C. H. LangleyLong, M. y C. H. Langley. 1993. Natural selection and the origin of jingwei, a chimeric processed functional gene in Drosophila. Science 260: 91-95.
Estructura del gen Adh (256 codones)
Exón 1 Exón 2 Exón 3 Exón 4
3’5’
El gen Adh de Drosophila melanogasterEl gen Adh de Drosophila melanogasterKreitman, M. 1983. Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417.
13 polimorfismos sinónimos (Se espera 1/4 mutaciones en región codificante sean sinónimas) 1 polimorfismo no sinónimo
El gen cubitus interruptus de D. melanogasterEl gen cubitus interruptus de D. melanogaster
Berry, A. J., J. W. Ajioka y M. KreitmanBerry, A. J., J. W. Ajioka y M. Kreitman. 1991. Lack of polymorphism on the Drosophila fourth chromosome resulting from selection. Genetics 129: 1111-1117.
•Gen situado en el cromosoma 4, un cromosoma puntual en el que no hay recombinación
•Ni una variante nucleotídica en 10 alelos secuenciados
•Divergencia entre D. melanogaster y D. simulans fue del 5%. El test HKA compara la relación entre el polimorfismo/divergencia de este gen y el de la región flanqueante del gen Adh como locus de “referencia”. Hay diferencias significativas
Animacióndel efecto
autoestopista
Selección equilibradora en el gen Adh de Drosophila melanogaster
Selección equilibradora en el gen Adh de Drosophila melanogaster
Comparación variabilidad
entre alelos F/S mediante sliding
window
Test de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y Kreitman
¿Es la evolución adaptativa responsable de la ¿Es la evolución adaptativa responsable de la fijación de diferencias entre las especies en los fijación de diferencias entre las especies en los
polimorfismos no sinónimos?polimorfismos no sinónimos?
•Hipótesis neutralista: Hipótesis neutralista: En las mutaciones neutras hay correlación entre divergencia y polimorfismo
•Hipótesis adaptativa:Hipótesis adaptativa: las fijaciones adaptativas pueden dar lugar a un desacoplamiento entre divergencia y polimorfismo
¿Es la evolución adaptativa responsable de la ¿Es la evolución adaptativa responsable de la fijación de diferencias entre las especies en los fijación de diferencias entre las especies en los
polimorfismos no sinónimos?polimorfismos no sinónimos?
•Hipótesis neutralista: Hipótesis neutralista: En las mutaciones neutras hay correlación entre divergencia y polimorfismo
•Hipótesis adaptativa:Hipótesis adaptativa: las fijaciones adaptativas pueden dar lugar a un desacoplamiento entre divergencia y polimorfismo
McDonald, J. H. Y M. KreitmanMcDonald, J. H. Y M. Kreitman. 1991. Adaptative protein evolution at the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.
Test de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y Kreitman
•Hipótesis nula: Hipótesis nula: la proporción de mutaciones sinónimas y no sinónimas es la misma tanto para las variantes fijadas como para las polimórficas
•Test de G o Test de G o 22: : las mutaciones se clasifican bien en (1) fijadas, o polimórficas; o bien (2) sinónimas o no sinónimas)
•Hipótesis nula: Hipótesis nula: la proporción de mutaciones sinónimas y no sinónimas es la misma tanto para las variantes fijadas como para las polimórficas
•Test de G o Test de G o 22: : las mutaciones se clasifican bien en (1) fijadas, o polimórficas; o bien (2) sinónimas o no sinónimas)
Test de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y KreitmanTest de McDonald y Kreitman
Fijada PolimórficaFijada Polimórfica
No sinónimaNo sinónima 7 (3,2) 2 (5,8)
SinónimaSinónima 17 (20,8) 42 (38,2)
Polimorfismo y divergencia en locus Adh de especies próximas Drosophila melanogaster, simulans y yakuba
G = 7,43 ó X2 = 8,1
Efecto de la recombinación local sobreEfecto de la recombinación local sobrela variación genéticala variación genética
Efecto de la recombinación local sobreEfecto de la recombinación local sobrela variación genéticala variación genética
Begun, D. J. Y C. F. AquadroBegun, D. J. Y C. F. Aquadro. 1992. Levels of naturally ocurring DNA polymorphism correlate with recombination rates in D. melanogaster. Nature 356: 519-520.
Coeficiente de intercambio
Div
ersi
dad
nu
cleo
tíd
ica 20 genes de Drosophila melanogaster
Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)Test de Tajima (1989)
Si teoría neutralista aplica a una serie de secuencias, entonces
= = Estadístico
de Desviación, D
D sigue una distribución con media 0 y var. 1
D 0 no neutralismoD < 0 Selec. PurificadoraD > 0 Selec. equilibradora
221
21212
2
1
11
1
21
/)/()2(
1
)1(
/
/
aa
aananbe
a
ab
e
SSeSe
askD
as
i
i
Origen de nuevos genes
Origen de nuevos genes
Adh teissieri
Adh yakuba
Jingweiteissieri
Jingwei yakuba
Adh outgrop
Retrotransposición
Análisis filogenético de la evolución de la Análisis filogenético de la evolución de la porción de Jingwei derivada de Adhporción de Jingwei derivada de Adh
0/18 2/8 192/1918
0/0 8/0
4/1111,0
21/1623,0
No sinónima/sinónima
In an ancient legend from China (San Hai Jing), Jingwei, a daugther of the Emperor Yande (first Chinese emperor 3000 B.C.), tragically drowned while swimming in the East China Sea. Jingwei was then reincarnated as a beautiful bird that drops stones and wood into the sea in an attempt to fill it, thus preventing others from drowning. We used the name “jingwei” because this gene avoided the usual fate of processed gene (death) and was “reincarnated” into a new structure with novel function
Tie
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icas
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Hipótesis sobre el origen de los humanos modernosHipótesis sobre el origen de los humanos modernos
Hipótesis multiregional Hipótesis del reemplazamiento (out of Africa)
Un árbol de genes de Un árbol de genes de 135 haplotipos de 135 haplotipos de
DNA mitocondrial en DNA mitocondrial en la especie humanala especie humana
(Vigilant et al. 1991)(Vigilant et al. 1991)
¡mtDNA DEL HOMBRE DE NEANDERTAL!¡mtDNA DEL HOMBRE DE NEANDERTAL!
En el número de Cell del 11 de Julio 1997 aparece un artículo extraordinario: se ha secuenciado un trecho de DNA mitocondrial del hueso de un fósil de Neandertal. Los resultados de la comparación con secuencias homólogas de humanos sugiere que los neandertales se extinguieron sin contribuir al DNA mitocondrial humano.
Caso dental del FloridaCaso dental del Florida
Mutante AntennapediaMutante Antennapedia
COMPLEJO DE GENES HOMEÓTICOSCOMPLEJO DE GENES HOMEÓTICOS
COMPLEJO DE GENES HOMEÓTICOSCOMPLEJO DE GENES HOMEÓTICOS
La filogenia de los Cuentos de
Canterbury(Geoffrey Chaucer)
Nature (1998)
394:839
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Canterbury(Geoffrey Chaucer)
Nature (1998)
394:839