Download Test de McDonald y Kreitman (1991)

Reconstrucción de la
historia evolutiva de
los genes II:
Ejemplos
Puntos a tratar en el Tema 7:
•Casos paradigmáticos de estudios de variación en
un gen
•La variación en el gen Adh de Drosophila como
paradigma de los tres tipos de selección a nivel
molecular
•Test al neutralismo:
•Test Hudson-Kreitman-Aguadé o HKA (1987)
•Test de McDonald y Kreitman (1991)
•Test de Tajima (1989)
•Test de Fu y Li (1993)
•La leyenda de una dinastía china: Jingwei
•DNA mitocondrial y Evolución humana
Casos paradigmáticos de estudios de
variación dentro de un gen
•Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol
dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412417.
•Berry, 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. Kreitman. 1991. Adaptative protein evolution
at the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.
•Begun, 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. Langley. 1993. Natural selection and the origin of
jingwei, a chimeric processed functional gene in Drosophila. Science
260: 91-95.
El gen Adh de Drosophila melanogaster
Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol
dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster. Nature 304: 412-417.
Exón 1
Exón 2
Exón 3
Exón 4
3’
5’
Estructura del gen Adh (256 codones)
13 polimorfismos sinónimos
(Se espera 1/4 mutaciones en
región codificante sean
sinónimas)
1 polimorfismo no sinónimo
El gen cubitus interruptus de D. melanogaster
Berry, 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
Animación
del efecto
autoestopista
Selección equilibradora en el gen Adh
de Drosophila melanogaster
Comparación
variabilidad
entre alelos F/S
mediante sliding
window
Test de McDonald y Kreitman
McDonald, J. H. Y M. Kreitman. 1991. Adaptative protein evolution at
the Adh locus in Drosophila. Nature 351: 652-654.
¿Es la evolución adaptativa responsable de la
fijación de diferencias entre las especies en los
polimorfismos no sinónimos?
•Hipótesis neutralista: En las mutaciones neutras
hay correlación entre divergencia y polimorfismo
•Hipótesis adaptativa: las fijaciones adaptativas
pueden dar lugar a un desacoplamiento entre
divergencia y polimorfismo
Test de McDonald y Kreitman
•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 2: las mutaciones se clasifican bien en (1)
fijadas, o polimórficas; o bien (2) sinónimas o no
sinónimas)
Test de McDonald y Kreitman
Polimorfismo y divergencia en locus Adh de especies
próximas Drosophila melanogaster, simulans y yakuba
Fijada
No sinónima
Sinónima
Polimórfica
7 (3,2)
2 (5,8)
17 (20,8)
42 (38,2)
G = 7,43 ó X2 = 8,1
Efecto de la recombinación local sobre
la variación genética
Diversidad nucleotídica
Begun, D. J. Y C. F. Aquadro. 1992. Levels of naturally ocurring DNA
polymorphism correlate with recombination rates in D. melanogaster. Nature 356:
519-520.
20 genes de Drosophila melanogaster
Coeficiente de intercambio
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 neutralismo
D < 0 Selec. Purificadora
D > 0 Selec. equilibradora
  s / ai
k  s / ai
D
e1S  e2 S ( S  1)
1
b1 
a1
e1 
a1
b2  (n  2) /( a1n)  a2 / a12
e2 
a12  a2
Origen de
nuevos genes
No sinónima/sinónima
Retrotransposición
8/0
0/0
4/11
11,0
21/16
23,0
0/18
Adh
outgrop
Adh
teissieri
Adh
yakuba
18
2/8
Jingwei
teissieri
Análisis filogenético de la evolución de la
porción de Jingwei derivada de Adh
2/19
19
Jingwei
yakuba
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
Número de diferencias
Tiempo
nucleotídicas
Hipótesis sobre el origen de los humanos modernos
Hipótesis multiregional
Hipótesis del reemplazamiento
(out of Africa)
Un árbol de genes de
135 haplotipos de
DNA mitocondrial en
la especie humana
(Vigilant et al. 1991)
¡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 Florida
Mutante Antennapedia
COMPLEJO DE GENES HOMEÓTICOS
COMPLEJO DE GENES HOMEÓTICOS
La filogenia de
los Cuentos de
Canterbury
(Geoffrey
Chaucer)
Nature (1998)
394:839