Trinquete de muller

En genética evolutiva, el trinquete de Muller (llamado así por Hermann Joseph Muller, por analogía con el efecto trinquete) es un proceso que, en ausencia de recombinación (especialmente en una población asexual), resulta en una acumulación de mutaciones perjudiciales irreversibles. Esto sucede porque, en ausencia de recombinación, y suponiendo que las mutaciones inversas sean raras, la descendencia soporta al menos tanta carga mutacional como sus padres. Muller propuso este mecanismo como una de las razones por las que la reproducción sexual puede verse favorecida sobre la reproducción asexual, ya que los organismos sexuales se benefician de la recombinación y la consiguiente eliminación de mutaciones nocivas. El efecto negativo de la acumulación de mutaciones perjudiciales irreversibles puede no ser prevalente en organismos que, si bien se reproducen asexualmente, también sufren otras formas de recombinación. Este efecto también se ha observado en aquellas regiones de los genomas de organismos sexuales que no sufren recombinación.

Etimología

Aunque Muller discutió las ventajas de la reproducción sexual en su charla de 1932, no contiene la palabra "trinquete". Müller introdujo por primera vez el término "trinquete" en su artículo de 1964, y la frase "trinquete de Muller" fue acuñado por Joe Felsenstein en su artículo de 1974, "La ventaja evolutiva de la recombinación".

Explicación

La reproducción asexual obliga a los genomas a heredarse como bloques indivisibles, de modo que una vez que los genomas menos mutados en una población asexual comiencen a portar al menos una mutación nociva, no se puede esperar que se encuentren genomas con menos mutaciones en las generaciones futuras (excepto como resultado de una retromutación). Esto resulta en una eventual acumulación de mutaciones conocida como carga genética. En teoría, la carga genética que llevan las poblaciones asexuales eventualmente llega a ser tan grande que la población se extingue. Además, experimentos de laboratorio han confirmado la existencia del trinquete y la consiguiente extinción de poblaciones en muchos organismos (en condiciones de deriva intensa y cuando no se permiten recombinaciones), incluidos virus de ARN, bacterias y eucariotas. En las poblaciones sexuales, el proceso de recombinación genética permite que los genomas de la descendencia sean diferentes de los genomas de los padres. En particular, se pueden generar genomas de progenie (descendientes) con menos mutaciones a partir de genomas parentales más mutados reuniendo porciones libres de mutaciones de los cromosomas parentales. Además, la selección purificadora, hasta cierto punto, alivia a una población cargada cuando la recombinación da como resultado diferentes combinaciones de mutaciones.

Entre los protistas y procariotas, existe una gran cantidad de organismos supuestamente asexuales. Cada vez se demuestra que más personas intercambian información genética a través de una variedad de mecanismos. Por el contrario, los genomas de las mitocondrias y los cloroplastos no se recombinan y sufrirían el trinquete de Muller si no fueran tan pequeños como son (véase Birdsell y Wills [págs. 93-95]). De hecho, la probabilidad de que los genomas menos mutados en una población asexual acaben portando al menos una mutación (adicional) depende en gran medida de la tasa de mutación genómica y ésta aumenta más o menos linealmente con el tamaño del genoma (más exactamente, con el número de pares de bases presentes en genes activos). Sin embargo, las reducciones en el tamaño del genoma, especialmente en parásitos y simbiontes, también pueden deberse a la selección directa para eliminar genes que se han vuelto innecesarios. Por lo tanto, un genoma más pequeño no es una indicación segura de la acción del trinquete de Muller.

En los organismos que se reproducen sexualmente, los cromosomas o regiones cromosómicas que no se recombinan, como el cromosoma Y de los mamíferos (con la excepción de las secuencias multicopia que sí involucran recombinación intracromosómica y conversión de genes) también deberían estar sujetos a los efectos del trinquete de Muller. Estas secuencias no recombinantes tienden a reducirse y evolucionar rápidamente. Sin embargo, esta rápida evolución también podría deberse a que estas secuencias & # 39; incapacidad para reparar el daño del ADN mediante reparación asistida por plantilla, lo que equivale a un aumento en la tasa de mutación de estas secuencias. No es fácil atribuir casos de reducción del genoma o de rápida evolución al trinquete de Muller únicamente.

El trinquete de Muller se basa en la deriva genética y gira más rápido en poblaciones más pequeñas porque en dichas poblaciones las mutaciones nocivas tienen más posibilidades de fijación. Por tanto, fija los límites al tamaño máximo de los genomas asexuales y a la continuidad evolutiva a largo plazo de los linajes asexuales. Sin embargo, se cree que algunos linajes asexuales son bastante antiguos; Los rotíferos bdelloides, por ejemplo, parecen haber sido asexuales durante casi 40 millones de años. Sin embargo, se descubrió que los rotíferos poseían una cantidad sustancial de genes extraños provenientes de posibles eventos de transferencia horizontal de genes. Además, un pez vertebrado, Poecilia formosa, parece desafiar el efecto trinquete, habiendo existido durante 500.000 generaciones. Esto se ha explicado por el mantenimiento de la diversidad genómica mediante la introgresión parental y un alto nivel de heterocigosidad resultante del origen híbrido de esta especie.

Cálculo de la clase más fuerte

En 1978, John Haigh utilizó un modelo Wright-Fisher para analizar el efecto de la raqueta de Muller en una población asexual. Si el Ratchet está operando la clase más adecuada (menos individuos cargados) es pequeña y propensa a la extinción por el efecto de la deriva genética. En su papel Haigh deriva la ecuación que calcula la frecuencia de los individuos que transportan k{displaystyle k} mutaciones para la población con distribución estacionaria:

nk=Ne− − Silencio Silencio Silencio Silencio kk!{displaystyle No. {fnMicroc {fnK}}}}}

Silencio Silencio =λ λ s{displaystyle theta = {fnMicroc {fnMicrosoft} } {}}

¿Dónde? nk{displaystyle No. es el número de carga individual k{displaystyle k} mutaciones, N{displaystyle N} es el tamaño de la población, λ λ {displaystyle lambda } es la tasa de mutación y s{displaystyle s} es el coeficiente de selección.

Así, la frecuencia de los individuos de la clase más adecuada (k=0{displaystyle k=0}) es:

n0=Ne− − Silencio Silencio {displaystyle {n_{0} =N e^{-theta}

En una población asexual que sufre de trinquete, la frecuencia de los individuos más aptos sería pequeña y se extinguiría después de unas pocas generaciones. Esto se llama clic del trinquete. Después de cada clic, la tasa de acumulación de mutaciones nocivas aumentaría y, en última instancia, provocaría la extinción de la población.

The antiquity of recombination and Muller 's ratchet

Se ha argumentado que la recombinación fue un desarrollo evolutivo tan antiguo como la vida en la Tierra. Los primeros replicadores de ARN capaces de recombinación pueden haber sido la fuente sexual ancestral de la que podían surgir periódicamente linajes asexuales. La recombinación en los primeros linajes sexuales puede haber proporcionado un medio para hacer frente al daño del genoma. El trinquete de Muller en condiciones tan antiguas probablemente habría impedido la persistencia evolutiva de los linajes asexuales que no podían sufrir recombinación.

Muller 's ratchet and mutational meltdown

Dado que las mutaciones nocivas son dañinas por definición, su acumulación daría lugar a la pérdida de individuos y a un menor tamaño de la población. Las poblaciones pequeñas son más susceptibles al efecto trinquete y se corregirían mutaciones más nocivas como resultado de la deriva genética. Esto crea un circuito de retroalimentación positiva que acelera la extinción de pequeñas poblaciones asexuales. Este fenómeno se ha denominado fusión mutacional.