Hardy-Weinberg y la deriva genética
- Simulación de clase
- Comienza abriendo un nuevo archivo de hoja de cálculo. Siguiendo la ecuación de Hardy-Weinberg, donde p es la frecuencia de un alelo dominante A en una población, y q se define como la frecuencia de un alelo recesivo B, la frecuencia de entrada p del alelo A en la celda B2 y la frecuencia q del alelo B en la celda B3.
- Asigna el valor 0.5 a la celda C2.
- Siguiendo la ecuación 1 – p = q, introduzca la fórmula "= 1 – C2" en la celda C3 para calcular la frecuencia q del alelo B. NOTA: Las células C2 y C3 representarán el acervo genético utilizado en los próximos pasos.
- Etiquete las celdas E2 y F2 como "Alelo 1" y "Alelo 2" respectivamente, luego ingrese el código RAND para la fórmula aleatoria en la celda E3. =IF (RAND()
- Seleccione la celda E3 y arrastre la esquina inferior derecha de la celda hasta E27 para duplicar la fórmula en 25 celdas, creando un alelo para la otra descendencia, e ingrese la misma fórmula que se usó en la celda E3 en la celda F3.
- Agregue una tercera columna de datos que comience con la descripción "Genotipo" en la celda G2, y agregue la función CONCATENAR a la celda G3 para combinar los dos alelos generados aleatoriamente y crear un genotipo.
- Arrastra esta fórmula hacia abajo para 25 celdas y etiqueta las celdas H2, I2 y J2 AA, AB y BB respectivamente.
- Luego, ingrese una función IF como se muestra aquí en las celdas H3, I3 y J3. Arrastre las fórmulas hacia abajo hasta 25 filas por columna. Las fórmulas devolverán un 1 si el genotipo de esta fila coincide con el genotipo de la fila del encabezado, y un 0 si el genotipo de esta fila es uno de los otros dos genotipos. H3: = SI (G3="AA",1,0) I3: =SI(OR(G3="AB,G3="BA"),1,0) J3: =IF(G3="BB",1,0)
- Luego, etiquete la celda D28 como "SUM", agregue la fórmula a la celda H28 y arrastre la fórmula a las celdas I28 y J28 para obtener el número total de cada genotipo.
- A continuación, etiquete las celdas H30 y J30 "A" y "B" respectivamente y etiquete la celda D31 "Número de alelos".
- Agregue código a las celdas H31 y J31 para obtener el número total de alelos en la generación simulada, que es dos veces la frecuencia del genotipo homocigoto respectivo, más la frecuencia del genotipo heterocigótico.
- Luego, etiquete la celda E32 como "Frecuencia de alelos de próxima generación" y agregue código a las celdas H32 y J32 para obtener la proporción de alelos en la próxima generación.
- Utilizando las frecuencias génicas generadas en el modelo matemático que acabas de construir, ajusta los valores del acervo genético en las celdas C2 y C3 a los de H32 y J32, y ejecuta 10 generaciones más, actualizando el acervo genético con la frecuencia alélica resultante cada vez.
- Registre la proporción de las dos variables en cada punto de tiempo en la hoja de cálculo de la tabla y cree un gráfico de líneas para ver cómo cambia una pequeña población con el tiempo. Hipótesis: La hipótesis experimental en este estudio es que las poblaciones más pequeñas se desviarán más de las frecuencias esperadas de los alelos por Hardy-Weinberg que las poblaciones más grandes, porque las poblaciones más pequeñas son más susceptibles a la deriva genética. La hipótesis nula es que las frecuencias alélicas dentro de las poblaciones no diferirán de las frecuencias esperadas de la ecuación de equilibrio de Hardy-Weinberg, lo que significa que las frecuencias alélicas serán las mismas de generación en generación.
- Establezca la frecuencia del gen A en 0.3 y del gen B en 0.7, y ejecute el modelo 10 veces más, registrando la proporción de los genes en la siguiente generación en la tabla después de cada ejecución.
- Luego, arrastra las fórmulas de las celdas más abajo para modificar el modelo para incluir 100 cigotos y ejecutar el modelo otras 10 veces.
- Después de la última ejecución, guarde todos los datos de trabajo en un dispositivo de almacenamiento personal y salga del programa de hoja de cálculo.
- Simulación para Hardy-Weinberg y la deriva genética
- Para empezar, encuentra un compañero y luego recoge una bolsa del instructor.
- Verifica que la bolsa contiene cuentas de dos colores diferentes y un número par de cada color.
- Designa un color como alelo A mayúscula y el otro como a pequeña. Hipótesis: La hipótesis experimental para esta simulación es que las frecuencias alélicas no cambiarán a lo largo de las 10 generaciones del experimento, y se observará el equilibrio de Hardy-Weinberg. La hipótesis nula es que el equilibrio no se verá en la población.
- Observe la frecuencia inicial en la Tabla 1 junto a la generación cero. Usando la ecuación de Hardy-Weinberg, calcule las frecuencias genotípicas iniciales de la población y anótelo en la Tabla 1. Haga clic aquí para descargar la Tabla A
- Luego, discuta con su compañero sobre las frecuencias finales esperadas de alelos y genotipos después de 10 generaciones de equilibrio de Hardy-Weinberg. Observe esto junto a la predicción en la Tabla 1.
- Saca un par de cuentas de la bolsa. Esto representa el genotipo de un individuo en la siguiente generación.
- Coloque una marca de recuento en la columna apropiada junto a Generación 1.
- Ahora, manteniendo cada par de cuentas fuera de la bolsa cada vez, repita el dibujo 20 veces para completar la fila de la generación uno de la Tabla 1.
- Usando los recuentos, calcule la frecuencia alélica para esa generación, recordando contar ambos alelos en cada genotipo. Tome nota de la nueva frecuencia alélica y, a continuación, ajuste las 100 cuentas para reflejar la población después de la Generación 1 agregando y eliminando cuentas según sea necesario.
- Repita el sorteo de pares de esta población ajustada para otra generación de 20 selecciones, registrando todas las observaciones en la Tabla 1.
- Después de calcular la frecuencia alélica para esta generación, ajusta la población de nuevo para establecer un sorteo de tercera generación.
- Sigue dibujando, calculando las frecuencias alélicas y ajustando la población inicial hasta que se hayan registrado 10 generaciones en total.
- Violaciones de Hardy-Weinberg
- Para probar el efecto de diferentes escenarios físicos y ecológicos en el equilibrio de Hardy-Weinberg, primero dibuja un trozo de papel para determinar qué suposición de Hardy-Weinberg vas a probar.
- Haz una predicción de lo que crees que podría suceder en el escenario seleccionado antes de comenzar el experimento, y anótalo en la pizarra.
- Si seleccionó el escenario de mutación, seleccione 5 alelos al azar del conjunto y reemplácelos con 5 de un tercer color, alelo B mayúscula.
- Como antes, realice la simulación sacando pares de cuentas de la bolsa para una generación de 20 selecciones, registrando los resultados. Haga clic aquí para descargar la Tabla B
- Después de cada generación, haga ajustes para que la población inicial coincida con la nueva frecuencia alélica como antes.
- Luego, reemplace 5 alelos aleatorios nuevamente con el nuevo color y simule la nueva generación para 20 selecciones.
- Si elegiste la prueba de apareamiento no aleatoria, dibuja 1 alelo a la vez en lugar de 2 y luego combínalo con otro del mismo color extraído de la bolsa.
- Al igual que con la simulación anterior, ajuste la población para que coincida con las nuevas frecuencias alélicas al final de la generación anterior, y realice la simulación para 10 generaciones en total.
- Para la condición de flujo de genes, comience por eliminar 10 alelos de la población y reemplazarlos con 10 alelos seleccionados al azar de otro conjunto de 100 cuentas.
- Ajusta la frecuencia alélica y repite el flujo genético de quitar 10 cuentas y agregar 10 cuentas de otra bolsa al comienzo de cada generación.
- Si dibujó un tamaño de población pequeño, simplemente comience cada generación con 60 alelos en lugar de 100.
- Como de costumbre, ajusta las frecuencias alélicas en cada generación y registra 10 generaciones. En la condición de selección, extraiga de la bolsa original de cuentas, pero no cuente los pares recesivos homocigotos que se extraen al calcular la frecuencia alélica al final de cada generación.
- Simulación de Deriva Genética
- Haz tus predicciones antes de ejecutar las simulaciones y regístralas en la pizarra.
- Si tiene la prueba de tamaño de población pequeña, ejecute la simulación estándar de Hardy-Weinberg como antes, pero en su lugar comience cada generación con 30 alelos y no con 100.
- Si dibujaste el efecto fundador con la prueba de dos alelos, comienza la generación 1 dibujando solo 5 pares de cuentas de la bolsa.
- Luego, creando el acervo genético para la generación 2, incluya solo 50 cuentas a la frecuencia alélica determinada en la generación 1. Cuando cree el acervo genético para la generación 3 y todas las generaciones posteriores, incluya 100 cuentas.
- Para un efecto fundador con 10 alelos, necesitarás recoger una bolsa que contenga cantidades aleatorias de 10 cuentas de diferentes colores.
- Designe un nombre de alelo para cada uno de los nuevos alelos, y luego calcule su frecuencia alélica inicial.
- Ahora, ejecute el experimento de la misma manera que el efecto fundador con dos alelos, dibujando solo 5 pares al azar para la generación 1 y luego creando la segunda generación con 50 alelos, y la tercera y posteriores generaciones con 100. Haga clic aquí para descargar la Tabla C
- Si tienes un desastre natural con 2 alelos, tendrás que recoger un plato de papel de tu instructor.
- Dibuja una línea en el centro de la placa. Antes de la generación 1, vierta todas las cuentas de una configuración estándar de 100 cuentas en el plato y mézclelas al azar, distribuyéndolas uniformemente.
- Elige un lado del plato y toma todas las cuentas de ese lado. Debes basarte en ellos para crear la generación 1.
- Para la generación 2 y posteriores, ajusta la población y usa un total de 100 cuentas.
- Finalmente, si seleccionó la prueba de desastre natural con 10 alelos, deberá recoger una bolsa que contenga 10 cuentas de diferentes colores.
- Asigna un nombre a cada nuevo alelo, y luego colócalos en la placa y selecciona la mitad. Extrae de estas 50 cuentas para la generación 1 y luego calcula las frecuencias alélicas para hacer una población de 100 en cada ronda subsiguiente.
- Resultados ul class="lab-items">
- Usando las funciones introducidas, calcule el número de cada alelo multiplicando el número de genotipos homocigotos por 2 y sumando el número de genotipos heterocigotos.
- La frecuencia se puede calcular dividiendo el número del alelo en cuestión por el número total de alelos. Introduzca los resultados en la tabla.
- A continuación, utilice la ecuación de Hardy-Weinberg para calcular la frecuencia de genotipo esperada de la próxima generación, y compare los resultados de la simulación con la frecuencia esperada, utilizando la tabla como guía.
- Representa los cambios de las frecuencias de los genes de la población a lo largo del tiempo que registraste en la tabla. Observe cualquier cambio en las frecuencias alélicas a lo largo del tiempo y si hay alelos, disminuya en frecuencia hasta el punto de que desaparezcan de la población.
- Representa los cambios en las poblaciones de los 25 y 100 cigotos con frecuencias génicas iniciales de 0.5 para cada alelo. Compara los resultados de la población más pequeña y las poblaciones más grandes. NOTA: Se espera que las frecuencias alélicas observadas difieran ligeramente de los valores esperados de Hardy-Weinberg como resultado del azar de la función RAND.
- Usando líneas separadas para cada alelo, grafica las frecuencias alélicas encontradas para el experimento original de Hardy-Weinberg a lo largo de 10 generaciones.
- Compara los resultados de toda la clase y comprueba si tus resultados coinciden.
- A continuación, de nuevo utilizando una línea por alelo, grafica los resultados de tu segundo experimento probando violaciones del equilibrio de Hardy-Weinberg, y comparte tu hallazgo con la clase. Compara tus resultados reales con tu predicción.
- Finalmente, grafíe los resultados de su escenario de simulación de deriva genética de la misma manera.
- De nuevo, presente sus resultados al grupo y formule hipótesis sobre por qué sus resultados coincidieron o no con su predicción. Compara tus resultados con los de tus compañeros de clase.