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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE C IENCIAS BIOLOGICAS ESCUELAPROFESIONAL DE BIOLOGIACURSO DE EVOLUCIÓNINFORME DE PRÁCTICA 3Alumno: Alvaro Fernando Chacon HuamaniHorario: Viernes 13:00 – 17 :00hrAr equipa, Perú2021PRACTICA 3LA MATERIA PRIMA DE LA EVOLUCIONINTRODUCCIONLa variación y su o...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS ESCUELA PROFESIONAL DE BIOLOGIA

CURSO DE EVOLUCIÓN INFORME DE PRÁCTICA 3

Alumno: Alvaro Fernando Chacon Huamani Horario: Viernes 13:00 – 17:00hr

Arequipa, Perú 2021

Curso: Evolución

Sección: Genética

PRACTICA 3 LA MATERIA PRIMA DE LA EVOLUCION INTRODUCCION La variación y su origen Charles Darwin vio acertadamente, en la variación existente entre los seres vivos, uno de los elementos clave para entender la evolución. Por una parte, la existencia de variación en la naturaleza es el sustrato necesario para que la evolución funcione. Por otra, esa variabilidad es la prueba de que la evolución existe porque, al ser fruto de un proceso de variación, la evolución favorece a distintas variables en ambientes distintos, perpetuándola. Pero para entender cómo se relaciona la variación y la evolución se debe contestar a tres cuestiones: - Ser capaz de medir la variación. No basta con decir que dos individuos o variedades o especies son diferentes, sino que hay que decir en qué lo son y en qué medida. - Proponer además un proceso o mecanismo que origine esta variación. - Finalmente, discutir sobre la velocidad con la que se genera dicha variación. La medida de la variabilidad en los seres vivos se basa en la existencia de los patrones biológicos a los que se denominan rasgos o caracteres. Al conjunto de rasgos observables y medibles que se estudian en un organismo se le suele conocer como su fenotipo. La mayoría de los trabajos sobre evolución se refieren a estudios en donde un rasgo o fenotipo cambia moderadamente, se transforma radicalmente o se mantiene constante a lo largo del tiempo, de generación en generación. Los rasgos pueden ser morfológicos, cromosómicos, bioquímicos, conductuales, fisiológicos o moleculares. ¿De qué depende la variabilidad de los rasgos? Dos individuos pueden ser distintos simplemente por efecto de su historia vital y verse influenciados por el lugar donde nacieron, por cómo fueron alimentados o criados y, en definitiva, por cómo les afectan muchas variables del entorno en el que viven. La variabilidad que siempre ha interesado a los científicos es la heredable, la que es estable entre generaciones dentro de un linaje. Medición de la variabilidad molecular Las técnicas de electroforesis proporcionan los genotipos de los individuos de una muestra (homocigotos y heterocigotos), con la finalidad de tener una estima de la variabilidad generalmente se estudian mas de 20 loci, estos datos son utilizados para calcular el índice de variación genética: a) Grado de polimorfismo b) Heterocigosis Se examinan 30 loci genéticos en cierto organismo, y no se encuentra variación en 9 loci, (9=HOMOMORFICOS)entonces podemos relacionar la parte informativa sobre el total de loci estudiado. Polimorfismo = loci informativo/ total de loci = 21/30 = 0,7 = 70%, entonces en la población existe un 70% de loci polimórfico.

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Una medida mejor de variabilidad es el calculo de la heterocigosis. En una población en equilibrio. H=1-∑p2 Donde p = frecuencia de alelos en cada locus, p2 es la frecuencia de homocigotos. Cuando se trabaja con geles electroforéticos RFLP: El índice de polimorfismo es: 𝑐 − 𝑛(𝑚 − 𝑘) Pnuc = 𝑓𝑐 El índice de heterocigotos es: Hnuc =

𝑛𝑐 − ∑𝑐𝑖2 𝑓𝑐 (𝑛 − 1)

Para cuantificar la variabilidad a nivel de ADN se utiliza el parámetro de diversidad de nucleótidos (π), que indica el número medio de diferencias nucleotídicas por sitio entre secuencias. Cuando se comparan K secuencias en una población. π=

𝐾 ∑𝑓𝑓 𝜋 𝐾 − 1 𝑖 𝑗 𝑖𝑗 𝑖,𝑗

fi y fj son las frecuencias de los haplotipos i j en la población y πij es la divergencia nucleotídica entre haplotipos: 2𝑛𝑖𝑗 𝑛𝑖 + 𝑛𝑗 Donde ni y nj son el número de nucleótidos de cada haplotipo y nij es el número de nucleótidos diferentes 𝜋𝑖𝑗 =

OBJETIVOS. -

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Caracterizar la variabilidad fenotípica mediante un modelo estadístico para el análisis de la variación morfológica en caracteres cuantitativos de individuos de una especie natural de la zona. Analizar, resolver y comprender que la variabilidad genética se pude calcular desde una perspectiva molecular.

MATERIALES Y METODOS. MATERIALES. • • • • •

Material biológico (10 especímenes de algún animal o vegetal de la zona) Vernier o regla Cuaderno de campo Calculadora electrónica Software para análisis estadístico (Excel, SPSS, Past)

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Sección: Genética

ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD MOLECULAR. MARCADORES BIOQUÍMICOS. 1. Explique el principio de las aloenzimas y la electroforesis. La aloenzimas sirven para caracterizar el tipo bioquímico de un individuo; codificadas por diferentes alelos de un mismo locus genético (1). En combinación de la Electroforesis se puede determinar los diferentes loci aloenzimáticos. De acuerdo a la teoría, La electroforesis es una técnica mediante la cual se separan las biomoléculas en disolución cuando se ven sometidas a un campo eléctrico. Se trata de una técnica fundamentalmente analítica (peso y carga) 2. Se Estudiaron en una población de Drosophila melanogaster el número de alelos presentes en el zimograma para la enzima codificada por el gen HK (Hexoquinasa). En el siguiente zimograma se presenta los electromorfos para 19 individuos a) ¿Cuál es la estructura cuaternaria de la proteína?, y ¿Qué tipo de herencia se observa en el patrón de bandas? La estructura cuaternaria de la proteína es monomérica y de acuerdo al patrón de bandas es un tipo de herencia codominante. b) ¿Cuántos loci existe en el zimograma?, ¿Cuántos alelos existen? Para la enzima Hexoquinasa se estudia 1 solo locus y existen 5 alelos de la población. c) Genotipo y calcule sus frecuencias. A1 A2 A3 A4 A5 A4A4 A3A3 A2A2 A1A3 A2A4 A3A4 A4A4 A2A3 A2A3 A3A3 A2A2 A4A4 A1A1 A4A5 A4A5 A3A3 A3A4 A4A4 A2A4

FRECUENCIA GENOTÍPICA GENOTIPOS A4A4 A3A3 A2A2 A1A3 A2A4 A3A4 A2A3 A1A1 A4A5 TOTAL %HT -

FRECUENCIAS GENOTÍPICAS 4 0.21 3 1.16 2 0.11 1 0.05 2 0.11 2 0.11 2 0.11 1 0.05 2 0.11 19 9 0.47 = 47%

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d) ¿Por qué existen varios alelos para un mismo producto génico en la población de D. melanogaster? Esto se debe a mutaciones puntuales silenciosas, pero que estas también no son motivo para la variación de la funcionalidad de las Hexoquinasas e) Halle la frecuencia de heterocigotos, y explique FRECUENCIAS ALÉLICAS ALELOS A1 A2 A3 A4 A5 TOTAL

FRECUENCIA 0.08 0.21 0.29 0.37 0.05 1

HETEROGOCIDAD TEÓRICA H=1-∑p2 H=1- [(0,08)2+(0,21)2+(0,29)2+(0,37)2+(0,05)2)] H=1-0,274 H=0,73=73% RESPUESTA De manera experimental se obtuvo un 42% de heterogeneidad, y de manera teórica este valor debió ser cercano o semejante a 73%. Esto es debido a un error de muestreo y una reducido tamaño de muestreo.

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3. Se Estudiaron en una población de Drosophila melanogaster el número de alelos presentes en el zimograma para la enzima codificada por el gen Acph (Fosfatasa ácida). En el siguiente zimograma se presenta los electromorfos para 1 individuos. a) ¿Cuál es la estructura cuaternaria de la proteína?, y ¿Qué tipo de herencia se observa en el patrón de bandas? La estructura cuaternaria es un dímero y el tipo de herencia es codominante. b) ¿Cuántos loci existe en el zimograma?, ¿Cuántos alelos existen? Existe solo un loci para la expresión del gen de la Fosfatasa ácida y hay 4 alelos. c) Genotipo y calcule sus frecuencias. A1 A2 A3

A4

A2A4 A4A4 A3A4 A1A4 A2A2 A1A4 A4A4

A2A2 A1A4 A4A4 A4A4 A4A4

FRECUENCIA ALÉLICA GENOTIPOS A2A4 A4A4 A3A4 A1A4 A2A2 TOTAL %HET

FRECUENCIAS GENOTÍPICAS 1 0.08 5 0.42 1 0.08 3 0.25 2 0.16 12 5 0.41 = 41%

d) Halle la frecuencia de heterocigotos, y explique si los FRECUENCIAS ALÉLICAS ALELOS A1 A2 A3 A4 TOTAL

FRECUENCIA 0.13 0.20 0.04 0.63 1

Heterocigocidad teórica: H=1-∑p2 H=1-[(0,13)2+(0,21)2+(0,04)2+(0,63)2] H=1-0,45 H=0,55→55%

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Cuestionario •

Que diferencia existe entre una aloenzima y una isoenzima La aloenzimas sirven para caracterizar el tipo bioquímico de un individuo; codificadas por diferentes alelos de un mismo locus genético (1). Por otro lado, las isoenzimas son proteínas con diferente estructura pero que catalizan la misma reacción pero que se desplazan de forma diferente en la electroforesis

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¿Por qué existen varios alelos para un mismo producto génico en la población de D. melanogaster?, ¿genere una hipótesis y sustente? Porque se trata de una población donde cada individuo presenta diferentes alelos, existe una alta variabilidad por lo tanto una alta heterocigocidad. Demás, esto se debe a mutaciones puntuales silenciosas, pero que estas también no son motivo para la variación de la funcionalidad de las Hexoquinasas

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¿Se podría calcular la frecuencia de heterocigotos en un marcador dominante?, ¿Por qué? No, porque en una electroforesis no se podrá identificar a un heterocigoto en un marcador dominante y sin o se logra distinguir a este, no se puede calcular la frecuencia del heterocigoto.

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Se podrá calcular la variabilidad nucleotídica, en los patrones de los zimogramas de la pregunta 1 y 2 ¿Por qué? No, en un zimograma no podemos encontrar la secuencia. Lo que si es recomendable es secuenciar las bandas del zimograma para poder calcular la variabilidad nucleotídica.

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¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la técnica de electroforesis? Las desventajas que podemos encontrar, es que no sabemos con certeza si las bandas tiene una misma secuencia con las otras, en estas pudo haber ocurrido una mutación silenciosa.

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4. En la siguiente tabla se observa se observan los genotipos para varios loci, aloenzimaticos de Thylamys pallidior. Hallar las frecuencias de heterocigotos para cada locus. Hallar la heterocigocidad observada y esperada total para todos los loci. Individuo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hi= • •

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L1 AA AB AA AC BC CC AC CC AA BC 0.5

L2 AA AD CD AC BC CC DD DD AC AA 0.5

L3 AC AA AA AA AD BB BC AC AB BB 0.5

L4 CC AB AC BB CC AB AB BB AC AA 0.5

Loci L5 AD AD AA AB AA CC AC CD BD BC 0.7

L6 AA BB BB BB AB AB AB AC BC AA 0.5

L7 AC AB AA BB BC BD DD AD AD AC 0.7

L8 AB BB AC AB AA AA BB BC AB BC 0.6

Hi 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.5 0.5 0.7 0.4 Ht=0.45

¿Cuáles la heterocigocidad total de Thylamys pallidior ? ¿Cuál de los locus es presenta mayor heterocigocidad? ¿Qué ventaja puede presentar, si este locus es la Catalasa? El locus 5 y 7, en el caso de que estos locus son de la catalasa podría ser muy ventajoso. Puesto que, funciona como una barrera fisiológica ante los radicales libres permitiendo que en un caso donde las condiciones se vean alteradas el metabolismo celular podría adaptarse porque presenta alta variabilidad. ¿Sobre qué locus, puede estar trabajando la selección natural?, se podrá predecir el destino de la especie. Varios locis tienen una buena varibilidad pero los locis 5,7 y 8 son las que tienen una heterocigosidad mayor a 45%, se puede decir que la especie si tiene rosperidad Diferencia entre los términos eficacia biológica, fecundidad y supervivencia. ¿Sera posible detectar marcadores genéticos para medir la variabilidad genética?, ¿Cómo? La eficacia biológica es la capacidad de un genotipo determinado para dejar descendientes en la siguiente generación, la fecundidad es la realización efectiva de la fertilidad, es decir, la reproducción biológica en cualquier especie y la supervivencia es la conservación de la vida, especialmente cuando es a pesar de una situación difícil. En principio, cualquier medida de las variables que potencialmente pueden afectar a la eficacia biológica (por ejemplo, fertilidad, número de cópulas exitosas, número de hijos, eficacia en eludir depredadores o parasitismo, eficacia en conseguir alimento, etc.) puede ser utilizada como medida aproximativa de la eficacia biológica y la supervivencia de la especie.

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5. En una población de Telmatobius arequensis se hizo una electroforesis con el microsatélite AT230 especifico, que presenta una secuencia repetitiva del dinucleótido (AT). Se analizaron 120 individuos, obteniendo el siguiente patrón de bandas:

AB BB BB BB AB AB AB AB AB AA AA AA AA AB AB AB AA AB AB AA AB AB AB AB AB AB AA AB AB AB

AB AB AB AB AB AA AB AB AB BB AB AB AB AB AA AA AA AB AB AB AB AB AB AB AB AB AA AA AB AB

AB AB BB AA AB AB AB BB AB AA AB BB AB AB AB AB AB BB AB AA AA AA BB BB AB AA AB AB BB AB

AB BB AB AA AA AA AA AB AB AB AB BB AB AB AB AB AB BB AA AB AB AB AB AB BB BB BB BB AB AB

GENOTIPOS AA AB BB N

N° Indi 24 78 18 120

Total de alelos 48 156 36 240

ALELOS A B 48 78 78 36 126 114

PROPORCIÓN GENOTÍPICA AA AB BB

Prop. 0.20 0.65 0.15

% 20 65 15

PROPORCIÓN ALÉLICA A B

Prop 0.53 0.47

% 53 47

La frecuencia genotípica de Telmatobius arequensis, para el homocigoto AA 20%, 15% para el BB y 65% para el heterocigoto. Las frecuencias alélicas para el alelo A es 53% y para el alelo B 47%.

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6. En una población de Phyllotis limatus se extrae un gen de secuencia única. Se extrae el ADN genómico de 10 individuos que se digieren con EcoRI. El análisis de Souther utilizando como sonda el ADN del gen de secuencia única muestra el siguiente patrón de bandas:

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Interprete los resultados, indique las dianas de restricción, y los genotipos de cada individuo. Calcule la heterocigosis y el índice de polimorfismo de restricción.

El índice de polimorfismo es:

𝑐 − 𝑛(𝑚 − 𝑘) 𝑓𝑐 29 − 10(4 − 3) Pnuc = 6 𝑥 29 Pnuc = 0,109 Pnuc =

El índice de heterocigotos es: 𝑛𝑐 − ∑𝑐𝑖2 𝑓𝑐 (𝑛 − 1) 10(29) − 0,34 Hnuc = 6 𝑥 29 (10 − 1) Hnuc = 0,163 Hnuc =

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7. La meiosis es una de las principales fuentes de variación en todas las especies diploides, en la población de la en la especie humana se ha detectado un 6,3% de heterocigosis por electroforesis, si se considera que se han detectado unos 30000 loci genéticos estructurales distribuidos a lo largo de los cromosomas y no están en desequilibrio de ligamiento.

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¿Cuánto de estos loci se encontrarán en estado de heterocigotos en la población? Y ¿cuántos gametos posibles podrían formar? Heterocigotos:30 000 x 0.063=1890 Gametos :21890...