Estructura yDiversidad genética
de poblaciones
Estructura yDiversidad genética
de poblaciones
Mercedes Rivas
ESTRUCTURA DE LA DIVERSIDAD GENÉTICAEN PLANTAS:
Forma en que se organiza la diversidad genética en los individuos,dentro y entre poblaciones
Plantas: Homocigotas - Heterocigotas
Dentro de poblaciones = Intrapoblaciones:Homogeneidad - Heterogeneidad (criterio: número de genotipos)
Dentro de poblaciones = Intrapoblaciones:Homogeneidad - Heterogeneidad (criterio: número de genotipos)
Entre poblaciones = Interpoblaciones. Diferencias alélicas y enfrecuencias génicas y genotípicas
Entre especies y entre géneros: Mayores diferencias(cromosómicas, ploidías, génicas)
La estructuración de la diversidad genética entre ydentro de las poblaciones se relaciona en gran medida,con el Sistema de Reproducción de la especie.
SISTEMAS DE REPRODUCCIÓN Y ESTRUCTURAGENÉTICA DE LAS POBLACIONES DE PLANTAS
Reproducción sexual: Autógamas y Alógamas
Reproducción asexual: Apomícticas y Reproducciónvegetativa
LA ESTRUCTURA GENÉTICA DE LAS POBLACIONES DEUNA ESPECIE AFECTA:
Variación genéticaMétodos para crear variaciónMétodos de selecciónMétodos de selecciónTipo de cultivarMultiplicación de semillas
ALÓGAMAS:
Mecanismo prevalente de reproducción de las plantas
Maíz, girasol, trébol blanco, trébol rojo, lotus, raigrás,festuca, pino, eucalyptus, zanahoria, cebolla, zapallo,manzano, peral, etc.
Incluye especies con fecundación cruzada obligada aespecies que admiten la autofecundación.
Presentan mayores posibilidades de adaptación en ellargo plazo.
Mecanismo prevalente de reproducción de las plantas
Maíz, girasol, trébol blanco, trébol rojo, lotus, raigrás,festuca, pino, eucalyptus, zanahoria, cebolla, zapallo,manzano, peral, etc.
Incluye especies con fecundación cruzada obligada aespecies que admiten la autofecundación.
Presentan mayores posibilidades de adaptación en ellargo plazo.
Morfológicos:Monoecia
Factores que favorecen la fecundación cruzada:
Flormasculinade zapallo
Flor femenina de zapallo
Dioecia: Salix, Palma datilera, Baccharis,espárrago, papaya, etc.
InflorescenciasMasculina yfemenina delombú
Mecanismo genético que favorece lafecundación cruzada:
Incompatibilidad genética: Laautofecundación y la fecundación entreparientes se encuentra impedida por lapresencia de genes de incompatibilidadgenética. Ocurre una reacción deincompatibilidad entre el polen y el pistilocuando se comparten los mismos alelos deincompatibilidad. Difundida en leguminosas,gramíneas, crucíferas, solanáceas
Incompatibilidad genética: Laautofecundación y la fecundación entreparientes se encuentra impedida por lapresencia de genes de incompatibilidadgenética. Ocurre una reacción deincompatibilidad entre el polen y el pistilocuando se comparten los mismos alelos deincompatibilidad. Difundida en leguminosas,gramíneas, crucíferas, solanáceas
Incompatibilidad gametofítica para un locus
Familias: leguminosas,solanáceas, rosáceas,liliáceas
Familias: leguminosas,solanáceas, rosáceas,liliáceas
2 loci multialélicos: S y Z
S1S2Z1Z2 X S1S2Z1Z3madre padre
S1Z1 S1Z3 S2Z1 S2Z3
S1S2Z1Z2 NO SI NO SI
Familias: Gramíneas
Incompatibilidad gametofítica para dos loci
2 loci multialélicos: S y Z
S1S2Z1Z2 X S1S2Z1Z3madre padre
S1Z1 S1Z3 S2Z1 S2Z3
S1S2Z1Z2 NO SI NO SI
Familias: Gramíneas
1 locus multialélicoS1S3 X S1S2DominanciaS1>S2 0% descendenciaS2>S1 100% descendencia
Todo el polen de una planta tiene la misma reacción deincompatibilidad
Familias: compuestas, crucíferas, convolvuláceas
Incompatibilidad esporofítica
1 locus multialélicoS1S3 X S1S2DominanciaS1>S2 0% descendenciaS2>S1 100% descendencia
Todo el polen de una planta tiene la misma reacción deincompatibilidad
Familias: compuestas, crucíferas, convolvuláceas
Zoofilia
Melitofilia
Cantarofilia(coleópteros)
Ornitofilia
Quiropterofilia
Lepidopterofiia
Melitofilia
Población heterogéneaPlantas heterocigotas parala mayoría de los loci
EQUILIBRIO HARDY – WEINBERG: Población grande enpanmixia, en ausencia de selección, migración, mutaciones: semantienen las frecuencias génicas de generación engeneración.
Ejemplo – individuos (genotipos) en una población de unaalógama:
Para los loci A, B y C con 2 alelos respectivamente:27 genotipos posibles (3n)
Para los loci A, B y C con 3, 2 y 4 alelosrespectivamente:180 genotipos diferentes.
Para los loci A, B y C con 3, 2 y 4 alelosrespectivamente:180 genotipos diferentes.
Expandiendo la idea a miles de loci: las plantas sonheterocigotas para un número Importante de loci y cadaIndividuo presenta un genotipo único.
También hay loci monomórficos (1 único alelo presente en la población).
Ejemplo de diferencias genéticas entre Poblaciones deuna alógama:
Locus A en población 1:
p: 0.48 q: 0.34 r: 0.18
Locus A en población 2:
p: 0.24 q: 0.63 r: 0.13
Población 3: tiene otros alelos para el locus A
Locus A en población 1:
p: 0.48 q: 0.34 r: 0.18
Locus A en población 2:
p: 0.24 q: 0.63 r: 0.13
Población 3: tiene otros alelos para el locus A
En el equilibro H-W:
• P = p2 H = 2pq Q = q2 (2 alelos)
• P = p2 Q = q2 R = r2
H = 2pq + 2pr + 2qr (3 alelos)
• P = p2 H = 2pq Q = q2 (2 alelos)
• P = p2 Q = q2 R = r2
H = 2pq + 2pr + 2qr (3 alelos)
CAUSAS DE ALEJAMIENTO DEL EQUILIBRIO H-W:
Tamaño pequeño de poblaciónApareamientos que no ocurren al azarMigraciónSelecciónMutaciones
AUTÓGAMASPlantas que básicamente se autofecundan
Flores hermafroditas cleistógamas o en las que ocurre lapolinización antes que la flor se abra (ausencia de mecanismosque impidan autofec).
Arroz, trigo, cebada, soja, avena, poroto, arveja, lechuga,tomate, lentejas, garbanzos, etc.
Arroz, trigo, cebada, soja, avena, poroto, arveja, lechuga,tomate, lentejas, garbanzos, etc.
Este tipo de reproducción se da en cultivos anuales y“malezas” básicamente. Asegura reproducción y colonizaciónde genotipos exitosos en el corto plazo.
Menor flexibilidad o adaptación en el largo plazo.
Homocigota AA que se autofecunda: descendenciaAA
Heterocigota Aa (F1) que se autofecunda:
F2: 50% Aa 25% AA 25% aa
F3: 25% Aa 37.5% AA 37.5% aa..F7: 0.78% Aa 49.6% AA 49.6% aa
En cada generación de autofecundación se reducen a lamitad los heterocigotas, quedando sólo individuoshomocigotas.
Homocigota AA que se autofecunda: descendenciaAA
Heterocigota Aa (F1) que se autofecunda:
F2: 50% Aa 25% AA 25% aa
F3: 25% Aa 37.5% AA 37.5% aa..F7: 0.78% Aa 49.6% AA 49.6% aa
En cada generación de autofecundación se reducen a lamitad los heterocigotas, quedando sólo individuoshomocigotas.
LÍNEA PURA: PROGENIE DE UN INDIVIDUOHOMOCIGOTA QUE SE AUTOFECUNDA. GENOTIPOÚNICO HOMOCIGOTA.
En una población natural y en las variedades locales ocriollas pueden coexistir varias líneas puras
La mayoría de los cultivares de autógamas estánconstituidos por una única línea pura.
La mayoría de los cultivares de autógamas estánconstituidos por una única línea pura.
Las diferencias entre poblaciones estarán dadaspor poseer diferentes líneas puras o por presentardiferentes frecuencias genotípicas de las mismas.
Ejemplos:
Cultivar de autógamas: Una Línea pura: A1A1B1B1
100% de los individuos son genéticamente iguales
Variedad criolla o población de una autógama: Ej: 3 líneaspuras:
30% de los individuos son de la LP A1A1B2B2
50% de los individuos son de la LP A1A1B5B5
20% de los individuos son de la LP A3A3B3B3
Ejemplos:
Cultivar de autógamas: Una Línea pura: A1A1B1B1
100% de los individuos son genéticamente iguales
Variedad criolla o población de una autógama: Ej: 3 líneaspuras:
30% de los individuos son de la LP A1A1B2B2
50% de los individuos son de la LP A1A1B5B5
20% de los individuos son de la LP A3A3B3B3
Apomixis gametofítica (Aposporia y Diplosporia):
Esporofito (2n)Pseudogamia:Se requiere de lapolinización para laformación deendosperma o paraque se forme elembrión apomíctico
APOMIXIS:Reproducción mediante semillas de origen asexual
Gametofito (saco embrionario 2n)
Esporofito (2n)
Pseudogamia:Se requiere de lapolinización para laformación deendosperma o paraque se forme elembrión apomíctico
Principales familias: Poaceae (Paspalum, Axonopus, Setaria, Calamagrostis,Poa, Pennisetum, Schizachyrium, Eragrostis, Andropogon, Botriochloa),Asteraceae, Rosaceae
Embrionía adventicia:
Esporofito (2n)
Esporofito (2n)
Normalmente asociada a poliembrionía (Ej: Citrus)
La descendencia de una planta apomícticaobligada es idéntica a la planta madre.
CLON APOMÍCTICO: HOMOGÉNEO
En una población pueden existir varios clones
PLANTAS HETEROCIGOTAS PARA LA MAYORÍA DE LOS LOCI
Apomixis facultativa: conviven en unamisma planta la capacidad de reproducirsepor apomixis y mediante reproducciónsexual.
Existencia de plantas que sólo presentanreproducción sexual (en muy bajaproporción, son raras).
Apomixis facultativa: conviven en unamisma planta la capacidad de reproducirsepor apomixis y mediante reproducciónsexual.
Existencia de plantas que sólo presentanreproducción sexual (en muy bajaproporción, son raras).
REPRODUCCIÓN VEGETATIVA:
Tubérculos, rizomas, estolones, bulbos (naturales)
Estacas, injertos, acodos (artificiales). Cultivo in vitro.
Esporofito Esporofito
Mecanismo natural:
Convive con reproducción sexual
Bulbos (Ej.: Tulipán)Estolones (Ej: Trébol blanco, Stenotaphrum secundatum)Cormos (Ej.: Gladiolo)Raíces tuberosas (Ej.: Dalia, Boniato)Rizomas (Ej.: Cala, Paspalum notatum, Typha)Tallos (Ej: papa)
Mecanismo natural:
Convive con reproducción sexual
Bulbos (Ej.: Tulipán)Estolones (Ej: Trébol blanco, Stenotaphrum secundatum)Cormos (Ej.: Gladiolo)Raíces tuberosas (Ej.: Dalia, Boniato)Rizomas (Ej.: Cala, Paspalum notatum, Typha)Tallos (Ej: papa)
Especies que:Producen órganos vegetativos (papa, boniato, caña
de azúcar, ajo)Dificultad:Floraciones reducidas- Problemas de esterilidad
Producen frutos (frutales de hoja caduca, frutilla).Floraciones normales
Especies que:Producen órganos vegetativos (papa, boniato, caña
de azúcar, ajo)Dificultad:Floraciones reducidas- Problemas de esterilidad
Producen frutos (frutales de hoja caduca, frutilla).Floraciones normales
PERPETUACIÓN DEL MISMO GENOTIPO: CLONPOBLACIÓN NATURAL: UNO O VARIOS CLONESPLANTAS HETEROCIGOTAS
CLON
Autógamas Alógamas Apomícticas Reproduc-ciónvegetativa
Reproducciónpor:
Semillas Semillas Semillas Órganosvegetativos
Individuos Homocigotas Heterocigotas Heterocigotas Heterocigotas
CUADRO RESUMEN
Descendenciade 1 individuo
HomogéneaLP
Heterogénea HomogéneaClon
HomogéneaClon
Poblaciones 1 o varias LP Heterogénea 1 o variosclones
1 o variosclones
Depresión porConsanguini-dad
NO SI SI SI
CARACTERES CUANTITATIVOS: estadística descriptiva, análisisde varianza y análisis multivariados.
CARACTERES CUALITATIVOS: estadística descriptiva, pruebasde diferencias en frecuencias, análisis multivariados.
ESTIMACIÓN DE LA DIVERSIDAD GENÉTICA:Para características morfológicas, fenológicas y productivas (fenotipos):
CARACTERES CUANTITATIVOS: estadística descriptiva, análisisde varianza y análisis multivariados.
CARACTERES CUALITATIVOS: estadística descriptiva, pruebasde diferencias en frecuencias, análisis multivariados.
Ejemplo: histograma defrecuencias absolutas para 5colores de fruto.
Índices para estimar diversidad genética (típicamentecon marcadores moleculares):
% de loci polimórficos: P (desde 0 en una LP avalores máximos del orden de 50%).
Monomórfico: una sola variante de un gen (un único alelo presente)Polimórfico: más de una variante de un gen
Promedio n°de alelos/locus: A (valor mínimo 1 enuna LP por ejemplo).
Índices para estimar diversidad genética (típicamentecon marcadores moleculares):
% de loci polimórficos: P (desde 0 en una LP avalores máximos del orden de 50%).
Monomórfico: una sola variante de un gen (un único alelo presente)Polimórfico: más de una variante de un gen
Promedio n°de alelos/locus: A (valor mínimo 1 enuna LP por ejemplo).
Indice de diversidad genética: H e =2pq(heterocigosis esperada)
Para 2 alelos, Valor máximo cuando p y q = 0.5 (mayorvarianza)
H e = 0.5 tanto en una población de una alógamacuando p y q = 0.5; como en una población mezclade dos LP con p y q = 0.5
Se promedia a través de los loci estudiados
Indice de diversidad genética: H e =2pq(heterocigosis esperada)
Para 2 alelos, Valor máximo cuando p y q = 0.5 (mayorvarianza)
H e = 0.5 tanto en una población de una alógamacuando p y q = 0.5; como en una población mezclade dos LP con p y q = 0.5
Se promedia a través de los loci estudiados