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En esta actividad, modelará las frecuencias de dos alelos en una población hipotética bajo varias condiciones utilizando un programa de software de hoja de cálculo y cuentas de colores. Comience 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. Asigne el valor 0,5 a la celda C2. Después de la ecuación uno menos p igual a q, ingrese la fórmula 1-C2 en la celda C3 para calcular la frecuencia q del alelo B. Las células C2 y C3 representarán el acervo genético utilizado en los próximos pasos.
Etiquete las celdas E2 y F2 como alelo uno y dos alelos, respectivamente. Luego, ingrese este código RAND para la fórmula aleatoria en la celda E3. Las fórmulas aleatorias generarán nuevos valores cada vez que se modifique la hoja de cálculo, y la instrucción IF devuelve la letra A si el número generado aleatoriamente es menor o igual que p y a B si es mayor que p. Esta función simulará la frecuencia de uno de los alelos en nuestra próxima generación.
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 del 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. Arrastre esta fórmula hacia abajo hasta 25 celdas y etiquete 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 uno si el genotipo de esta fila coincide con el genotipo de la fila de encabezado y un cero si el genotipo de esta fila es uno de los otros dos genotipos. A continuación, 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 el número de alelos de la celda D31.
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. A continuación, etiquete la celda E32 con la frecuencia alélica de la próxima generación y agregue código a las celdas H32 y J32 para obtener la proporción de alelos en la próxima generación. Usando las frecuencias génicas generadas en el modelo matemático que acaba de construir, ajuste los valores del acervo genético en las celdas C2 y C3 a los de H32 y J32, y ejecute 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 y la tabla, y cree un gráfico de líneas para ver cómo cambia una pequeña población con el tiempo. 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 de la siguiente generación en la tabla después de cada ejecución. A continuación, arrastre las fórmulas de las celdas más abajo para modificar el modelo e incluir 100 cigotos y ejecute 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.
Para comenzar, busque un compañero y luego recoja una bolsa del instructor. Verifica que la bolsa contenga cuentas de dos colores diferentes y un número par de cada color. 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. Obsérvese la frecuencia inicial en la tabla uno junto a la generación cero.
Usando la ecuación de Hardy-Weinberg, calcule las frecuencias genotípicas iniciales de la población y anótelo en la tabla uno. 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 uno.
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 correspondiente junto a la primera generación.
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 uno. Usando los recuentos, calcule la frecuencia de alelos para esa generación, recordando contar ambos alelos en cada genotipo. Anote la nueva frecuencia alélica y, a continuación, ajuste las 100 cuentas para reflejar la población después de la primera generación añadiendo 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 uno. Después de calcular la frecuencia alélica para esta generación, ajuste la población nuevamente para configurar un sorteo de tercera generación. Siga dibujando, calculando las frecuencias alélicas y ajustando la población inicial, hasta que se hayan registrado 10 generaciones en total.
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. Haga una predicción de lo que cree que podría suceder en el escenario seleccionado antes de comenzar el experimento y anótelo en la pizarra. Si seleccionó el escenario de mutación, seleccione cinco alelos al azar del conjunto y reemplácelos con cinco de un tercer color, alelo mayúscula B.As antes, realice la simulación extrayendo pares de cuentas de la bolsa para una generación de 20 selecciones, registrando los resultados.
Después de cada generación, haga ajustes para que la población inicial coincida con la nueva frecuencia alélica como antes. A continuación, sustituya cinco alelos aleatorios de nuevo por el nuevo color y simule la nueva generación para 20 selecciones. Si elegiste la prueba de apareamiento no aleatoria, dibuja un alelo a la vez en lugar de dos, 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 lleve a cabo la simulación durante 10 generaciones en total. Para la condición de flujo génico, comience por eliminar 10 alelos de la población y reemplazarlos con 10 alelos seleccionados al azar de otro conjunto de 100 cuentas. Ajuste la frecuencia alélica y repita el flujo genético de eliminar 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, ajuste las frecuencias alélicas en cada generación y registre 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.
Dibuja un pedazo de papel para determinar qué suposición de Hardy-Weinberg vas a probar. Cada una de las simulaciones se ejecutará durante 10 generaciones. Haga sus predicciones antes de ejecutar las simulaciones y regístrelas 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 primera generación sacando solo cinco pares de cuentas de la bolsa. Luego, creando el acervo genético para la segunda generación, incluya solo 50 cuentas a la frecuencia alélica determinada en la primera generación.
El acervo genético de la tercera generación y de todas las generaciones posteriores incluye 100 cuentas. Para el efecto fundador con 10 alelos, deberá recolectar 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, a continuación, calcule su frecuencia alélica inicial.
Ahora, ejecute el experimento de la misma manera que el efecto fundador con dos alelos dibujando solo cinco pares al azar para la generación uno y luego creando la segunda generación con 50 alelos y la tercera y las generaciones posteriores con 100. Si tienes un desastre natural con dos alelos, tendrás que recoger un plato de papel de tu instructor. Dibuja una línea en el centro del plato.
Antes de la primera generación, 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 primera generación.
Para la generación dos y posteriores, ajuste la población y use un total de 100 cuentas. Finalmente, si seleccionó la prueba de desastre natural con 10 alelos, deberá recolectar una bolsa que contenga 10 cuentas de diferentes colores. Asigne un nombre a cada nuevo alelo y luego colóquelos en el plato y seleccione la mitad.
Extrae de estas 50 cuentas para la generación uno, y luego calcula las frecuencias alélicas para hacer una población de 100 en cada ronda subsiguiente. Usando las funciones introducidas, calcule el número de cada alelo multiplicando el número de genotipos homocigotos por dos 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 genotipos esperada de la siguiente generación y compare los resultados de la simulación con la frecuencia esperada, utilizando la tabla como guía. Represente los cambios de las frecuencias de genes de la población a lo largo del tiempo que registró en la tabla.
¿Las frecuencias alélicas permanecen casi iguales, o un alelo disminuye en frecuencia hasta el punto de desaparecer de la población? Grafique los cambios en las poblaciones de los 25 y 100 cigotos con frecuencias génicas iniciales de 0,5 para cada alelo. ¿Las poblaciones de menor o mayor tamaño se mantienen más cerca de la frecuencia inicial del acervo genético?
¿El tamaño de la población cambia la frecuencia con la que se obtienen los resultados esperados? 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, grafique las frecuencias alélicas encontradas para el experimento original de Hardy-Weinberg a lo largo de 10 generaciones.
Compare los resultados de toda la clase y vea si sus resultados coinciden. ¿A qué crees que se debe? A continuación, de nuevo usando 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 . Si algún otro compañero de clase sacó la misma condición, ¿obtuvo el mismo resultado? Si no es así, ¿a qué crees que se debe?
Por último, grafica los resultados de tu escenario de simulación de deriva genética de la misma manera. Una vez más, presente sus resultados al grupo y formule la hipótesis de por qué sus resultados coincidieron o no con su predicción. ¿Los compañeros de clase con la misma afección obtuvieron el mismo resultado?
