La purga genética es el aumento de la presión de la selección natural contra los alelos nocivos provocada por la endogamia [1] .
La purga se produce porque los alelos deletéreos tienden a ser recesivos, lo que significa que sólo expresan todos sus efectos nocivos cuando están presentes en las dos copias del individuo (es decir, en homocigosis). Durante la endogamia, cuando los individuos emparentados se aparean, producen descendencia que es más probable que sea homocigótica, de modo que los alelos nocivos expresan todos sus efectos nocivos con mayor frecuencia, lo que hace que los individuos sean menos aptos. Esos individuos menos aptos transmiten menos copias de sus genes a las generaciones futuras. En otros términos, la selección natural elimina del acervo genético a los niños endogámicos con alelos nocivos . Por el contrario, los niños que están mejor adaptados dentro de ese mismo acervo genético (ya que no portan alelos tan nocivos) tienen mayores posibilidades de transmitir un mayor número de sus genes a la siguiente generación.
La purga reduce tanto el número total de alelos nocivos recesivos como la disminución de la aptitud media causada por la endogamia (la depresión endogámica de la aptitud).
El término "purga" se utiliza a veces para la selección contra alelos nocivos de forma general. Se evitaría ambigüedad si se utilizara " selección purificadora " en ese contexto general y se reservara "purga" a su significado más estricto definido anteriormente.
Los alelos nocivos que se segregan en poblaciones de organismos diploides tienen una notable tendencia a ser, al menos, parcialmente recesivos. Esto significa que, cuando ocurren en homocigosis (copias dobles), reducen la aptitud más del doble que cuando ocurren en heterocigosis (copia única). En otras palabras, parte de su potencial efecto deletéreo está oculto en la heterocigosis pero se expresa en la homocigosis, de modo que la selección es más eficiente contra ellos cuando ocurren en homocigosis. Dado que la endogamia aumenta la probabilidad de ser homocigótico, aumenta la fracción del efecto nocivo potencial que se expresa y, por tanto, se expone a la selección. Esto provoca un cierto aumento en la presión selectiva contra los alelos nocivos (parcialmente) recesivos, lo que se conoce como purga. Por supuesto, también provoca cierta reducción de la aptitud física, lo que se conoce como depresión endogámica .
La purga puede reducir la frecuencia promedio de alelos nocivos en todo el genoma por debajo del valor esperado en una población no endogámica durante períodos prolongados. [2] que reduce el impacto negativo de la endogamia en la aptitud física. Si la endogamia se debe simplemente al apareamiento aleatorio en una población finita, debido a la purga, la aptitud significa que la aptitud disminuye menos de lo que se esperaría solo por la endogamia y, después de una cierta disminución inicial, puede incluso recuperarse hasta casi su valor antes de la endogamia. Otra consecuencia es la reducción de la llamada carga de endogamia. Esto significa que, después de la purga, se espera que una mayor endogamia sea menos dañina. La eficiencia de la purga se reduce por la deriva genética y, por lo tanto, a largo plazo, la purga es menos eficiente en poblaciones más pequeñas. [1] . La purga puede aumentar si los individuos se aparean con parientes con más frecuencia de lo esperado mediante apareamiento aleatorio.
Tener en cuenta la purga al predecir la depresión endogámica es importante en la genética evolutiva, porque la disminución de la aptitud causada por la endogamia puede ser determinante en la evolución de la diploidía , la reproducción sexual y otras características biológicas importantes. También es importante en la cría de animales y, por supuesto, en la genética de la conservación , porque la depresión endogámica puede ser un factor relevante que determine el riesgo de extinción de poblaciones en peligro, y porque los programas de conservación pueden permitir cierto manejo de la cría para controlar la endogamia. [3]
En resumen: debido a la purga, la depresión endogámica no depende de la medida estándar de endogamia (coeficiente de endogamia F de Wright ), ya que esta medida solo se aplica a alelos neutros . En cambio, la disminución de la aptitud depende del "coeficiente de consanguinidad purgado" g , que tiene en cuenta cómo se purgan los alelos nocivos.
La purga reduce la depresión endogámica de dos maneras: primero, ralentiza su progreso; en segundo lugar, reduce la depresión endogámica general que se espera a largo plazo. Cuanto más lento es el progreso de la endogamia, más eficiente es la purga.
En ausencia de selección natural, se esperaría que la aptitud media disminuyera exponencialmente a medida que aumenta la endogamia, donde la endogamia se mide utilizando el coeficiente de consanguinidad F de Wright [4] (la razón por la cual la disminución es exponencial en F en lugar de lineal es simplemente que la aptitud generalmente se considera un rasgo multiplicativo). La tasa a la que la aptitud física disminuye a medida que aumenta F (la tasa de depresión endogámica δ ) depende de las frecuencias y los efectos nocivos de los alelos presentes en la población antes de la endogamia.
El coeficiente F anterior es la medida estándar de endogamia y da la probabilidad de que, en cualquier locus neutral dado, un individuo haya heredado dos copias de un mismo gen de un ancestro común (es decir, la probabilidad de ser homocigoto "por descendencia"). En condiciones simples, F puede calcularse fácilmente en términos de tamaño de la población o de información genealógica. F a menudo se denota usando minúsculas ( f ), pero no debe confundirse con el coeficiente de coascendencia.
Sin embargo, la predicción anterior para la disminución de la aptitud rara vez se aplica, ya que se derivó asumiendo que no hay selección, y la aptitud es precisamente el rasgo objetivo de la selección natural . Por tanto, el coeficiente de consanguinidad F de Wright para loci neutros no se aplica a los alelos nocivos, a menos que la consanguinidad aumente tan rápidamente que el cambio en la frecuencia genética esté gobernado simplemente por un muestreo aleatorio (es decir, por deriva genética ).
Por lo tanto, la disminución de la aptitud debería predecirse utilizando, en lugar del coeficiente de consanguinidad estándar F , un "coeficiente de consanguinidad purgado" ( g ) que proporciona la probabilidad de ser homocigótico por descendencia para alelos nocivos (parcialmente) recesivos, teniendo en cuenta cómo se comportan sus La frecuencia se reduce mediante purga. [1] Debido a la purga, la aptitud disminuye al mismo ritmo δ que en ausencia de selección, pero en función de g en lugar de F.
Este coeficiente de consanguinidad g purgado también se puede calcular, con una buena aproximación, utilizando expresiones simples en términos del tamaño de la población o de la genealogía de los individuos (ver CUADRO 1). Sin embargo, esto requiere cierta información sobre la magnitud de los efectos nocivos que están ocultos en la condición heterocigota pero que se expresan en la homocigosis. Cuanto mayor sea esta magnitud, denominada coeficiente de purga d , más eficiente será la purga.
Una propiedad interesante de la purga es que, durante la endogamia, mientras F aumenta acercándose a un valor final F = 1 , g puede acercarse a un valor final mucho más pequeño. Por lo tanto, no se trata sólo de que la purga desacelere la disminución de la aptitud física, sino también de que reduzca la pérdida general de aptitud física producida por la endogamia a largo plazo. Esto se ilustra en el CUADRO 2 para el caso extremo de depresión endogámica causada por letales recesivos, que son alelos que causan la muerte antes de la reproducción, pero solo cuando ocurren en homocigosis. La purga es menos efectiva contra alelos levemente nocivos que contra los letales pero, en general, cuanto más lento es el aumento de la consanguinidad F , menor se vuelve el valor final del coeficiente de consanguinidad g purgado y, por lo tanto, la reducción final de la aptitud. Esto implica que, si la endogamia progresa lo suficientemente lentamente, no se espera ninguna depresión endogámica relevante a largo plazo. Esto da como resultado que la aptitud de una población pequeña, que ha sido una población pequeña durante mucho tiempo, puede ser la misma que la de una población grande con más diversidad genética. En genética de la conservación, sería muy útil determinar la tasa máxima de aumento de la endogamia que permita una purga tan eficiente.
Considere una gran población no consanguínea con aptitud media W. Entonces, el tamaño de la población se reduce a un nuevo valor más pequeño N (de hecho, aquí debería usarse el tamaño efectivo de la población ), lo que lleva a un aumento progresivo de la endogamia.
Luego, la depresión endogámica se produce a un ritmo δ , debido a alelos nocivos (parcialmente) recesivos que estaban presentes en bajas frecuencias en diferentes loci. Esto significa que, en ausencia de selección, el valor esperado de aptitud media después de t generaciones de endogamia sería:
¿Dónde es la media poblacional del coeficiente de consanguinidad de Wright después de t generaciones de consanguinidad? [4]
Sin embargo, dado que la selección opera sobre la aptitud, la aptitud media debe predecirse teniendo en cuenta tanto la endogamia como la purga, como
En la ecuación anterior, es el "coeficiente de consanguinidad purgado" promedio después de t generaciones de consanguinidad. [1] Depende del "coeficiente de purga" d , que representa los efectos nocivos que están ocultos en la heterocigosis pero expuestos en la homocigosis.
El "coeficiente de consanguinidad purgado" promedio se puede aproximar utilizando la expresión recurrente
También existen ecuaciones predictivas para usar con información genealógica.
Como ejemplo de purga genética, consideremos una población grande donde hay alelos letales recesivos que se segregan con muy baja frecuencia en muchos loci, de modo que cada individuo porta en promedio uno de estos alelos. Aunque alrededor del 63% de los individuos portan al menos uno de estos alelos letales, casi ninguno porta dos copias del mismo letal. Por lo tanto, dado que los letales se consideran completamente recesivos (es decir, son inofensivos en heterocigosis), casi no causan muertes. Ahora supongamos que el tamaño de la población se reduce a un valor pequeño (digamos N = 10) y permanece así durante muchas generaciones. A medida que aumenta la endogamia, también aumenta la probabilidad de ser homocigoto para uno (o más) de estos alelos letales, lo que hace que la aptitud disminuya. Sin embargo, a medida que esos letales comienzan a ocurrir en homocigosis, la selección natural comienza a purgarlos. La figura de la derecha muestra la disminución esperada de la aptitud frente al número de generaciones, teniendo en cuenta sólo el aumento de la consanguinidad F (línea roja), o tanto la consanguinidad como la purga (línea azul, calculada utilizando el coeficiente de consanguinidad purgado g ). Este ejemplo muestra que la purga puede ser muy eficaz para prevenir la depresión endogámica. Sin embargo, para los alelos nocivos no letales, la eficiencia de la purga sería menor y puede requerir poblaciones más grandes para superar la deriva genética.
Las levaduras Saccharomyces cerevisiae y Saccharomyces paradoxus tienen un ciclo de vida que alterna entre largos períodos de reproducción asexual como diploide, terminando en una meiosis que generalmente es seguida inmediatamente por la autofecundación , con sólo raros cruces . [5] Las mutaciones nocivas recesivas se acumulan durante la fase de expansión diploide y se eliminan durante la autofecundación: esta purga se ha denominado "renovación del genoma". [6] [7]
Cuando una población previamente estable sufre endogamia, si nada más cambia, la selección natural debería consistir principalmente en una purga. Las consecuencias conjuntas de la endogamia y la purga sobre la aptitud física varían dependiendo de muchos factores: la historia previa de la población, la tasa de aumento de la endogamia, la dureza del medio ambiente o de las condiciones competitivas, etc. Los efectos de la purga fueron observados por primera vez por Darwin [8] en plantas, y han sido detectados en experimentos de laboratorio y en poblaciones de vertebrados en endogamia en zoológicos o en la naturaleza, así como en humanos. [9] La detección de la purga a menudo se ve oscurecida por muchos factores, pero hay evidencia consistente de que, de acuerdo con las predicciones explicadas anteriormente, la endogamia lenta da como resultado una purga más eficiente, de modo que una endogamia determinada F genera una menor amenaza para la viabilidad de la población. si se ha producido más lentamente. [10] [11]
Sin embargo, en situaciones prácticas, el cambio genético en la aptitud también depende de muchos otros factores, además de la endogamia y la purga. Por ejemplo, la adaptación a las condiciones ambientales cambiantes a menudo provoca cambios genéticos relevantes durante la endogamia. Además, si la endogamia se debe a una reducción en el tamaño de la población, la selección contra nuevas mutaciones perjudiciales puede volverse menos eficiente, y esto puede inducir una disminución adicional de la aptitud física a mediano y largo plazo.
Además, parte de la depresión endogámica podría no deberse a alelos nocivos, sino a una ventaja intrínseca de ser heterocigoto en comparación con ser homocigoto para cualquier alelo disponible, lo que se conoce como sobredominancia. La depresión endogámica causada por la sobredominancia no se puede eliminar, pero parece ser una causa menor de la depresión endogámica general, aunque su importancia real sigue siendo un tema de debate. [12]
Por lo tanto, predecir la evolución real de la aptitud durante la endogamia es muy difícil de alcanzar. Sin embargo, el componente de disminución de la aptitud que se espera de la endogamia y la purga de alelos nocivos podría predecirse utilizando g .
Comprender la purga genética y predecir sus consecuencias es de gran importancia en la genética evolutiva y de conservación. Las poblaciones en peligro de extinción suelen sufrir endogamia debido a su reducido número, y la purga puede desempeñar un papel relevante a la hora de determinar su riesgo de extinción y el éxito de las estrategias de conservación. [13]
![{\displaystyle g_{t}=\left[\left(1-{\frac {1}{2N}}\right)g_{t-1}+{\frac {1}{2N}}\right]\ izquierda[1-2dF_{t-1}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/79f5343c6d07102ddc3f1066b12a9880094ce9c7)