Genética de Poblaciones

¿Qué estudia la genética de poblaciones?

En genética de poblaciones evaluamos principalmente la variación genética determinando la frecuencia de genes y alelos dentro de las poblaciones y si éstos cambian con el tiempo y/o el espacio. La proporciónde un genotipo concreto dentro de una población se denomina frecuencia genotípica. En cambio, la proporción de un fenotipo concreto dentro de una población se denomina su frecuencia fenotípica. La frecuencia alélica es la proporción de un alelo concreto dentro de una población.

El campo de la genética de poblaciones representa una ampliación de los principios hereditarios de Gregor Mendel, integrados con la teoría de la evolución por selección natural de Darwin. Hagamos primero un repaso rápido de los principales términos de la genética mendeliana que utilizaremos en genética de poblaciones:

• El rasgo del color de los ojos en los humanos viene determinado por los genes heredados de nuestros padres. Un gen tiene una localización específica en un cromosoma, denominada locus (plural loci). El gen del color de los ojos tiene distintas variantes o alelos, que determinan los distintos colores como el marrón, el azul, el verde, etc. El color marrón de los ojos es dominante sobre los demás colores. Cuando una persona tiene un alelo para el color marrón y el otro para el color azul, sus ojos serán marrones porque es el alelo dominante (el alelo azul sería recesivo). Así pues, su genotipo estará constituido por dos alelos diferentes( genotipoheterocigótico ), pero su fenotipo serán los ojos marrones.

Figura 1. El fenotipo del color de los ojos en los seres humanos está determinado por alelos específicos. Una persona con al menos una copia del alelo dominante tiene los ojos marrones.

Ejemplo de genética de poblaciones

Veamos un ejemplo para comprender cómo se relacionan estas definiciones y conceptos con la genética de poblaciones. Piensa en una hipotética población de plantas de 1000 individuos. Estas plantas están ahora en la época de floración, y hay algunos individuos con flores moradas y otros con flores blancas.

Los investigadores descubrieron que esta población tiene dos alelos para este locus: un alelo dominante y otro recesivo. También estudiaron la composición genética de todos los individuos de esta población, por lo que conocemos el genotipo y el fenotipo de cada individuo: AA (flor morada) = 460, Aa (morada) = 430, aa (blanca) = 110.

El alelo para el color morado es dominante sobre el blanco. Lo sabemos porque, como hemos visto antes, dos genotipos tienen el mismo fenotipo. ¿Puedes identificar estos genotipos? (puedes comprobarlo en la tabla siguiente). Ahora vamos a rellenar esta tabla con la información que tenemos:

Tabla 1. Ejemplo de cómo se calcula la frecuencia de los genotipos en una población hipotética de plantas.

La frecuencia total de cualquier rasgo que estudiemos es siempre 1, lo que significa que las frecuencias de todos los genotipos de una población suman 1(AA + Aa + aa = 1), lo mismo para los alelos(A + a = 1). Las frecuencias siempre van de 0 a 1 (como los porcentajes siempre van de 0 a 100%). En genética de poblaciones, una frecuencia de 0 significaría que un alelo no está presente en la población, mientras que una frecuencia de 1 significa que el alelo es el único presente en la población; en este caso, el alelo está fijo en la población.

Diferencias genéticas entre poblaciones

Las frecuencias alélicas y genotípicas que hemos calculado en el ejemplo anterior son como una instantánea de esa población en un momento determinado del tiempo o del espacio. ¿Crees que estas frecuencias seguirán siendo las mismas a lo largo del tiempo? Es habitual que las frecuencias alélicas de una población cambien con el tiempo, lo que significa que la población ha evolucionado. Es importante recordar que, aunque la selección natural actúa sobre los individuos, es la población la que evoluciona. Cuando las frecuencias alélicas cambian en un tiempo relativamente corto o en unas pocas generaciones, se denomina microevolución (que suele referirse a cambios a nivel de población).

Factores que afectan a la genética de poblaciones

Además de la selección natural, otros procesos evolutivos que afectan a la frecuencia alélica son

• la mutación
• el apareamiento no aleatorio
• la deriva genética
• flujo genético.

Estos mecanismos pueden afectar a una población en cualquier momento, y varios pueden actuar sobre un alelo o gen simultáneamente. El efecto de cada mecanismo sobre una población varía y puede aumentar o disminuir la variación genética, la frecuencia alélica o la adaptación.

Mutaciones

Las mutaciones son cambios imprevisibles en los nucleótidos que forman una secuencia de ADN. Son la base de la variación genética, ya que las mutaciones pueden producir nuevos alelos. Una mutación se produce en organismos individuales, ypara que una mutación tenga un efecto a largo plazo en la población, debe ser heredable para transmitirse a las generaciones siguientes. Cuandouna mutación se produce en las células somáticas (células del cuerpo), afecta al organismo, pero no se transmite a la siguiente generación (descendencia). Para que una mutación sea heredable, debe producirse en una célula reproductora (gametos = espermatozoide u óvulo).

Aunque las mutaciones son importantes para crear variación genética, no se producen con la frecuencia suficiente para afectar a la frecuencia alélica. Sin embargo, el efecto puede ser significativo cuando la selección natural u otros mecanismos evolutivos actúan sobre estas mutaciones.

Apareamiento no aleatorio

En las poblaciones salvajes, los individuos suelen elegir a otro individuo para aparearse en función del fenotipo (eligiendo indirectamente el genotipo correspondiente). Por ejemplo, las hembras pueden preferir aparearse con machos de coloración similar. En otras palabras, no todos los individuos tendrán la misma probabilidad de aparearse, por lo que no es aleatorio. El apareamiento no aleatorio puede cambiar las frecuencias genotípicas, pero no las alélicas, dentro de una población (por lo que su efecto sobre la evolución es discutible).

Deriva genética

La deriva genéticaprovoca una reducción de la variabilidad genética en la población, y los cambios provocados por la deriva genética no suelen ser adaptativos (porque son aleatorios, causados por el azar). Las catástrofes naturales aleatorias, como huracanes, inundaciones o corrimientos de tierra, pueden afectar a las poblaciones animales y vegetales. Muchos individuos pueden morir debido a estos sucesos aleatorios, aunque estén bien adaptados a su entorno.

Un factor clave aquí es que estos efectos de la deriva son más fuertes en poblaciones pequeñas, porque una reducción drástica de un alelo o genotipo adaptativo puede disminuir la aptitud general de esa población. Es menos probable que una población grande pierda un porcentaje significativo de estos alelos o genotipos adaptativos. Una reducción repentina del tamaño de la población (y de su variabilidad genética) causada por condiciones ambientales adversas es un cuello de botella. Cuando una pequeña parte de una población coloniza una nueva zona, se denomina efecto fundador.

Flujo genético

Muchos animales se desplazan de su población natal a otra distinta durante la época de reproducción; es un tipo de migración. Los migrantes pueden introducir un alelo nuevo en una población, o si lleva los mismos alelos ya presentes en la población, pueden cambiar la frecuencia del alelo.

El flujo genético es un movimiento de alelos entre poblaciones y puede causar cambios en la frecuencia alélica. El intercambio de alelos entre dos poblaciones tiende a contrarrestar los efectos de la selección natural y la deriva genética, por lo que el flujo genético suele disminuir las diferencias o variaciones entre estas poblaciones.

La selección natural

Los genotipos (y los fenotipos correspondientes) con mayores probabilidades de supervivencia y reproducción para un entorno específico aportarán más descendencia a la siguiente generación mediantela selección natural. La selección natural provoca un cambio adaptativo (mayores probabilidades de supervivencia y reproducción ) en la frecuencia alélica. La selección natural actúa sobre el fenotipo de un individuo, pero es la población la que se adapta a un entorno concreto.

Figura 2. Esta ilustración muestra cómo se produce la selección natural en una población.