Acervo genético: definición, tipos, trabajo, importancia, evolución, ejemplos

¿Qué es el acervo genético?

• El concepto de acervo genético es fundamental para comprender la composición genética y la evolución de las poblaciones. Un acervo genético se refiere a la colección de todos los genes y alelos presentes dentro de una población de una sola especie. Abarca la diversidad genética que existe dentro de una población e incluye tanto los genes expresados ​​como los no expresados.
• Tener un acervo genético grande y diverso es ventajoso para la aptitud biológica de una población y su capacidad para adaptarse a condiciones ambientales o enfermedades cambiantes. Un acervo genético diverso asegura la presencia de una amplia gama de alelos necesarios para la supervivencia. Incluso si algunos individuos sucumben a las presiones selectivas, la variación genética dentro de la población aumenta las posibilidades de encontrar genes adecuados para asegurar la supervivencia. Este concepto está en el centro de la teoría de la selección natural.
• Por otro lado, una población con un acervo genético estrecho y una baja diversidad genética es más susceptible a una aptitud física reducida y una mayor vulnerabilidad al estrés. La falta de variación de alelos disminuye la probabilidad de tener los rasgos genéticos necesarios para sobrevivir en condiciones específicas. Además, la consanguinidad dentro de un acervo genético pequeño puede tener consecuencias negativas. La variación reducida aumenta la probabilidad de que los alelos dañinos, que causan deformidades o enfermedades, se vuelvan más frecuentes.
• El tamaño y la composición de un acervo genético pueden cambiar con el tiempo a través de varios mecanismos, incluida la selección natural, el flujo de genes (el intercambio de genes entre poblaciones) y la deriva genética (cambios aleatorios en la frecuencia de los alelos). Por ejemplo, las mutaciones genéticas que confieren rasgos ventajosos pueden aumentar en frecuencia dentro de una población, lo que contribuye a cambios en el acervo genético. Por el contrario, ciertos alelos pueden perderse de una población, lo que resulta en una disminución del tamaño del acervo genético durante un cuello de botella poblacional.
• Dentro del acervo genético, existen diferentes variaciones de cada alelo, incluidas formas dominantes y recesivas. Cada variante de alelo ocurre con una frecuencia específica en un momento dado. Cuando se acumulan pequeños cambios en la frecuencia alélica, se conoce como microevolución. Estos pequeños cambios pueden conducir a cambios a mayor escala, conocidos como macroevolución, que en última instancia pueden resultar en la formación de nuevas especies a través de un proceso llamado especiación.
• La variación genética presente dentro del acervo genético determina la frecuencia relativa de los diferentes fenotipos que se muestran en una población. El fenotipo de un individuo está determinado por su genotipo, que está formado por la composición del acervo genético.
• El concepto de acervo genético fue propuesto por Harlan y De Wet en 1971, y el término “genofond” acuñado por el genetista ruso Alexander Sergeevich Serebrousky es la traducción al inglés de acervo genético. El acervo genético representa los genes presentes en una población y las proporciones de diferentes tipos de genes en individuos dentro de esa población.
• En resumen, un acervo genético abarca la composición genética total de una población, incluidos los genes y los alelos. Representa la diversidad genética dentro de una población y está sujeta a cambios a través de varios mecanismos evolutivos. Un acervo genético grande y diverso promueve la variación genética y aumenta las posibilidades de supervivencia de la población, mientras que un acervo genético pequeño con diversidad limitada disminuye la adaptabilidad genética y puede conducir a la extinción.

Definición de acervo genético

El acervo genético se refiere a la colección total de genes y alelos presentes dentro de una población de una especie en particular.

¿Cómo funciona Gene Pools?

• El acervo genético de una especie juega un papel crucial en la configuración de la diversidad genética y el potencial evolutivo de una población. Opera a través de varios mecanismos que influyen en la composición y la dinámica de la variación genética dentro de una población.
• Uno de los principales factores que afecta el acervo genético es la mutación. Las mutaciones son cambios aleatorios en la secuencia de ADN e introducen nuevas variaciones genéticas en el acervo genético. Cuando se produce una mutación, puede dar lugar a la aparición de nuevos alelos, aumentando la diversidad genética dentro de la población. Estos nuevos alelos pueden conferir rasgos ventajosos, permitiendo que los individuos que los portan tengan una mayor aptitud y éxito reproductivo.
• Sin embargo, el acervo genético también puede cambiar a través de la pérdida de alelos. Esto puede suceder cuando los individuos que portan ciertos alelos no sobreviven o no se reproducen, lo que hace que esos alelos se vuelvan menos frecuentes o incluso desaparezcan de la población. La deriva genética, un proceso aleatorio que influye en las frecuencias alélicas, puede desempeñar un papel en la pérdida de alelos, especialmente en poblaciones más pequeñas.
• La selección natural es otro mecanismo importante que opera en el acervo genético. Los individuos con rasgos que proporcionan una ventaja reproductiva en un entorno determinado tienen más probabilidades de sobrevivir y transmitir sus genes a la siguiente generación. Con el tiempo, estos alelos ventajosos se vuelven más frecuentes en el acervo genético, mientras que los alelos menos deseables o perjudiciales pueden disminuir en frecuencia o incluso eliminarse. La selección natural actúa como una fuerza motriz para la adaptación, favoreciendo los rasgos que mejoran la capacidad de un organismo para sobrevivir y reproducirse.
• El acervo genético también influye en los patrones de adaptación y especiación. Cuando las poblaciones se aíslan unas de otras, por ejemplo a través de barreras geográficas o diferencias en los comportamientos de apareamiento, el flujo de genes entre las poblaciones es limitado. Como resultado, cada población desarrolla su propio acervo genético único, lo que lleva a la diferenciación genética y al potencial para la evolución de distintas especies.
• Es importante mantener un acervo genético diverso dentro de una población. Un acervo genético grande y diverso aumenta las posibilidades de tener una amplia gama de alelos, lo que brinda más opciones para la adaptación a entornos cambiantes o nuevos desafíos, como enfermedades o variaciones climáticas. Un acervo genético diverso también reduce el riesgo de endogamia, lo que puede conducir a una mayor incidencia de trastornos genéticos y una aptitud física reducida.
• En situaciones en las que el acervo genético se vuelve pequeño o restringido, como en especies en peligro de extinción o programas de reproducción altamente selectivos, aumenta el riesgo de problemas genéticos. Con un acervo genético limitado, existe una variación reducida, lo que puede hacer que las poblaciones sean más vulnerables a los efectos negativos de los alelos dañinos. La consanguinidad, la introducción de material genético de individuos o poblaciones no emparentadas, puede ayudar a aumentar el acervo genético, promoviendo la diversidad genética y reduciendo el riesgo de problemas genéticos.
• En resumen, el acervo genético de una especie representa la colección total de genes y alelos dentro de una población. Cambia con el tiempo a través de la mutación, la selección natural, la deriva genética y el flujo de genes. Un acervo genético diverso es crucial para promover la adaptación genética, mantener la salud de la población y mejorar el potencial evolutivo de una especie.

Factores que afectan el acervo genético

Varios factores pueden influir en la composición y la dinámica de un acervo genético. Estos factores incluyen:

1. Mutación: Las mutaciones son cambios aleatorios en la secuencia de ADN de los genes. Introducen nuevos alelos en el acervo genético, lo que lleva a una variación genética. La tasa de mutación puede variar entre especies y poblaciones.
2. Flujo de genes: el flujo de genes se refiere al movimiento de genes entre poblaciones a través de la migración y el mestizaje. Introduce nuevo material genético en una población y puede aumentar la diversidad genética. El flujo de genes puede ocurrir entre poblaciones de la misma especie o entre especies estrechamente relacionadas.
3. Deriva genética: La deriva genética es el cambio aleatorio en las frecuencias alélicas dentro de una población debido a eventos fortuitos. Es más pronunciado en poblaciones pequeñas y puede conducir a la pérdida o fijación de alelos. La deriva genética puede reducir la diversidad genética con el tiempo.
4. Selección natural: La selección natural es el proceso por el cual ciertos rasgos o alelos se vuelven más o menos comunes en una población según su impacto en la supervivencia y el éxito reproductivo. Puede resultar en la adaptación de una población a su entorno, favoreciendo individuos con rasgos ventajosos.
5. Recombinación genética: La recombinación genética ocurre durante la reproducción sexual cuando el material genético de dos organismos progenitores se combina para formar descendencia. Mezcla y recombina alelos, creando nuevas combinaciones y aumentando la diversidad genética dentro de una población.
6. Reproducción selectiva: la reproducción selectiva, también conocida como selección artificial, es un proceso impulsado por humanos en el que los individuos con rasgos deseables se crían selectivamente para transmitir esos rasgos a la próxima generación. Puede provocar cambios en las frecuencias alélicas y la acumulación de alelos específicos dentro de una población o raza.
7. Cuellos de botella genéticos y efectos fundadores: Los cuellos de botella genéticos ocurren cuando una población sufre una reducción drástica de tamaño, lo que lleva a una pérdida significativa de diversidad genética. Los efectos fundadores ocurren cuando un pequeño grupo de individuos establece una nueva población, lo que lleva a que un subconjunto del acervo genético original esté representado en la nueva población.
8. Factores ambientales: las condiciones ambientales, como el clima, la disponibilidad de recursos y la presencia de depredadores o enfermedades, pueden afectar la supervivencia y reproducción de individuos con ciertos rasgos genéticos. Esto puede influir en las presiones de selección que actúan sobre el acervo genético.

Estos factores interactúan y pueden dar forma a la composición genética de las poblaciones a lo largo del tiempo. Influyen en las frecuencias alélicas, la diversidad genética y el potencial de adaptación de las poblaciones y, en última instancia, desempeñan un papel crucial en los procesos evolutivos y el mantenimiento de la variación genética.

Tipos de acervo genético

El acervo genético del mejoramiento de cultivos, según la clasificación de Harlan y de Wet en 1971, consta de tres tipos: el acervo genético primario, el acervo genético secundario y el acervo genético terciario. Estas categorías se basan en el grado de relación y compatibilidad entre diferentes especies u organismos estrechamente relacionados.

1. Acervo genético primario (GP1): El acervo genético primario incluye especies que son iguales o están estrechamente relacionadas. Cuando los miembros del acervo genético primario se cruzan, producen descendencia completamente fértil. El cruce entre especies dentro del acervo genético primario es relativamente fácil. Los híbridos resultantes exhiben vigor, emparejamiento cromosómico normal durante la meiosis y fertilidad completa de la semilla. Los programas de mejoramiento comúnmente utilizan miembros del acervo genético primario debido a su facilidad de cruzamiento y los rasgos deseables que poseen.
2. Acervo genético secundario (GP2): El acervo genético secundario comprende especies que pueden hibridarse con las del acervo genético primario, pero con cierta dificultad. Los híbridos resultantes son parcialmente fértiles. Los obstáculos a la hibridación en el acervo genético secundario pueden surgir de factores tales como diferencias en los niveles de ploidía, alteraciones cromosómicas o barreras genéticas. Los miembros del acervo genético secundario a menudo se emplean en programas de mejoramiento, aunque existen algunas barreras reproductivas entre ellos y el acervo genético primario. Esto puede conducir a la esterilidad parcial en los híbridos, a un emparejamiento de cromosomas deficiente o ausente y a desafíos para recuperar los rasgos deseados en las generaciones posteriores. Se requieren esfuerzos adicionales para utilizar de manera efectiva el acervo genético disponible en fitomejoramiento y genética.
3. Acervo genético terciario (GP3): El acervo genético terciario consiste en especies que pueden cruzarse con miembros del acervo genético primario, pero con una dificultad significativa. Los híbridos resultantes de dichos cruces pueden ser anormales, letales o completamente estériles. Para acceder a los recursos genéticos de parientes lejanos dentro del acervo genético terciario, se pueden emplear técnicas como el rescate de embriones y el cruce de puentes. Estos métodos nutren embriones de cruces amplios en plantas completamente desarrolladas, lo que permite la adquisición de plantas fértiles. La utilización del acervo genético terciario en programas de mejoramiento es relativamente rara y ocurre ocasionalmente. La transferencia de genes del acervo genético terciario al acervo genético secundario es comparativamente más fácil que la transferencia directa al acervo genético primario. Es importante tener en cuenta que ciertas plantas de cultivo no poseen un acervo genético secundario. Los ejemplos de tales cultivos incluyen cebada, soja, cebolla y habas.

Evolución of Reserva genética

• La evolución del acervo genético se refiere a los cambios en la composición y las características del acervo genético de una población a lo largo del tiempo. Está impulsado por varios factores, como la mutación, el flujo de genes, la deriva genética y la selección natural, que influyen en la frecuencia de los alelos dentro de la población.
• Uno de los mecanismos clave de la evolución del acervo genético es la selección natural. La selección natural actúa como una presión sobre los individuos dentro de una población, favoreciendo a aquellos con rasgos que proporcionan una ventaja reproductiva en un entorno determinado. Las personas que están mejor adaptadas a su entorno tienen una mayor probabilidad de sobrevivir y de transmitir sus alelos beneficiosos a la siguiente generación. Este proceso conduce a un aumento en la frecuencia de alelos beneficiosos dentro del acervo genético, lo que contribuye al cambio evolutivo.
• El tamaño del acervo genético también juega un papel importante en la evolución. Un acervo genético más grande, que abarca una mayor variedad de alelos, brinda más opciones para la adaptación y una mayor diversidad genética. Esta diversidad puede verse influida por factores como la inmigración y la emigración. Cuando nuevos individuos con rasgos genéticos únicos migran a una población, el acervo genético se expande. Por el contrario, la emigración puede conducir a una reducción del tamaño del acervo genético. Los cambios en el acervo genético debido a la migración pueden tener un impacto significativo en la trayectoria evolutiva de una población.
• La mutación es otro impulsor importante de la evolución del acervo genético. Las mutaciones son cambios aleatorios en la secuencia de ADN que introducen nuevas variaciones genéticas. Estas variaciones pueden resultar en la formación de nuevos alelos y contribuir a la diversidad genética dentro de una población. Con el tiempo, las mutaciones acumuladas pueden provocar cambios significativos en el acervo genético.
• El flujo de genes, que implica el movimiento de genes entre poblaciones a través del mestizaje, también puede influir en la evolución del acervo genético. Introduce nuevo material genético en una población, alterando el acervo genético existente. La hibridación, una forma de flujo de genes, ocurre cuando los individuos de diferentes poblaciones o especies se cruzan, lo que lleva a la introducción de nuevos rasgos genéticos. La recombinación, que ocurre durante la meiosis, contribuye aún más a la evolución del acervo genético al crear nuevas combinaciones de alelos a través de procesos como el entrecruzamiento y la distribución cromosómica.
• La especiación, la formación de nuevas especies, es el resultado de la evolución del acervo genético. Pequeños cambios en las frecuencias alélicas, conocidos como microevolución, pueden acumularse con el tiempo, lo que lleva a cambios significativos en el acervo genético y da como resultado macroevolución y especiación.
• Se pueden observar ejemplos de evolución del acervo genético en varios organismos. Las bacterias resistentes a los antibióticos, por ejemplo, han evolucionado a través de la selección natural para poseer rasgos que les permitan resistir las intervenciones. Las malas hierbas se clasifican como tales debido a su diversidad de genes, lo que les permite prosperar en diferentes entornos. Los híbridos avanzados a menudo tienen un acervo genético pequeño con rasgos deseables específicos, mientras que los dientes de león tienen un acervo genético grande que contribuye a su capacidad de hibridarse con otras plantas, como las rosas.
• En resumen, la evolución del acervo genético implica cambios en las frecuencias alélicas y la composición de una población a lo largo del tiempo. Está influenciado por factores como la selección natural, la mutación, el flujo de genes y la deriva genética. Comprender la evolución del acervo genético nos ayuda a comprender los mecanismos que impulsan la adaptación de las especies y la formación de nuevas variaciones genéticas dentro de las poblaciones.

Ejemplos de acervo genético

Los acervos genéticos juegan un papel crucial en la configuración de la diversidad genética y la adaptación de varias especies. Aquí hay algunos ejemplos de reservas de genes en diferentes organismos:

1. Humanos: El acervo genético humano consiste en el conjunto completo de información genética que se encuentra dentro de la población humana. Con aproximadamente 19,000 20,000-XNUMX XNUMX genes, los seres humanos exhiben una amplia gama de variantes de alelos. Esta diversidad genética permite la adaptación a diferentes entornos y contribuye a la salud y supervivencia general de nuestra especie.
2. Mariposas: en una población de mariposas, el acervo genético puede influir en la presencia o ausencia de ciertos rasgos, como la presencia de manchas oculares en sus alas. Por ejemplo, imagine una población donde existen dos alelos en el locus uno. Las mariposas con el alelo dominante poseen manchas oculares, mientras que las homocigóticas para el alelo recesivo carecen de ellas.

Si se introduce un nuevo depredador que se alimenta específicamente de mariposas con manchas oculares, puede provocar una disminución en la frecuencia del alelo de la mancha ocular en el acervo genético. El depredador se alimenta de mariposas con manchas oculares, reduciendo así su número. En consecuencia, el acervo genético se reduce a medida que el alelo de las manchas oculares se vuelve menos frecuente.

Sin embargo, la presencia de manchas oculares podría potencialmente regresar a la población a través de diferentes mecanismos. Una mutación en el alelo que causa la reaparición de las manchas oculares podría ocurrir y ser favorecida por la selección natural. Alternativamente, el flujo de genes podría reintroducir el alelo en la población si las mariposas de otra población con manchas oculares se aparean con la población restante. Estos procesos contribuyen a los cambios en el acervo genético y la composición genética general de la población de mariposas.

3. Bacterias: Las poblaciones bacterianas también poseen acervos genéticos que están sujetos a cambios evolutivos. Considere las bacterias resistentes a los antibióticos como un ejemplo. Cuando se exponen a los antibióticos, ciertas bacterias con alelos que confieren resistencia tienen una mayor probabilidad de supervivencia en comparación con las bacterias no resistentes. Como resultado, la frecuencia de alelos resistentes a los antibióticos aumenta en el acervo genético con el tiempo. Esto puede plantear desafíos en el tratamiento de infecciones bacterianas a medida que evoluciona el acervo genético, lo que hace que ciertos antibióticos sean menos efectivos.
4. Plantas: los acervos genéticos de las plantas están influenciados por varios factores, que incluyen la polinización cruzada, la hibridación y la variación genética. Diferentes poblaciones de la misma especie de planta pueden tener distintos acervos genéticos debido al aislamiento geográfico o adaptaciones a condiciones ambientales específicas. El flujo de genes entre poblaciones a través del intercambio de polen puede introducir nuevo material genético, lo que lleva a cambios en el acervo genético y mejora potencialmente la adaptabilidad de la especie.

Estos ejemplos destacan la naturaleza dinámica de los acervos genéticos y su papel en la configuración de las características genéticas de las poblaciones. Los acervos genéticos evolucionan a través de procesos como la selección natural, la mutación, el flujo de genes y la deriva genética, lo que en última instancia influye en la supervivencia y adaptación de las especies en entornos cambiantes.

Importancia del acervo genético

El acervo genético es de gran importancia por varias razones:

1. Diversidad genética: un acervo genético diverso contiene una amplia gama de alelos y variaciones genéticas dentro de una población. Esta diversidad proporciona la materia prima para la adaptación y la evolución. Permite a las poblaciones responder a los cambios ambientales, como nuevas enfermedades o cambios climáticos, y aumenta sus posibilidades de supervivencia.
2. Adaptación y evolución: la diversidad genética dentro de un acervo genético permite que la selección natural actúe sobre diferentes rasgos y variaciones. Es más probable que los alelos beneficiosos que mejoran la supervivencia y el éxito reproductivo se transmitan a las generaciones futuras. Este proceso impulsa la adaptación y el cambio evolutivo, lo que conduce al desarrollo de nuevos rasgos y al surgimiento de diversas especies.
3. Resistencia a enfermedades: un acervo genético diverso puede conferir resistencia a enfermedades y otros problemas de salud. Si una población posee una variedad de variaciones genéticas, es más probable que algunos individuos tengan alelos que proporcionen resistencia o inmunidad a enfermedades específicas. Esta diversidad genética actúa como un mecanismo de defensa contra la propagación y el impacto de enfermedades dentro de una población.
4. Conservación de especies: en el contexto de la biología de la conservación, mantener un acervo genético diverso es crucial para la supervivencia a largo plazo de las especies en peligro de extinción. La diversidad genética permite que las poblaciones resistan amenazas, como la pérdida de hábitat, el cambio climático y la depresión endogámica. Al preservar la variación genética, los esfuerzos de conservación apuntan a mantener poblaciones saludables y resilientes capaces de adaptarse a condiciones cambiantes.
5. Mejoramiento de cultivos: en la agricultura, el acervo genético juega un papel vital en el mejoramiento y mejoramiento de cultivos. Un acervo genético diverso proporciona a los mejoradores una gama más amplia de rasgos genéticos para seleccionar, lo que permite el desarrollo de variedades de cultivos con rendimiento mejorado, resistencia a enfermedades, calidad nutricional y otros rasgos deseables. La diversidad genética en las especies de cultivos también ayuda a proteger contra la pérdida de rasgos específicos debido a plagas, enfermedades o condiciones ambientales cambiantes.
6. Restauración de ecosistemas: en los proyectos de restauración ecológica, la presencia de un acervo genético diverso es crucial para restaurar y mantener la funcionalidad del ecosistema. Al reintroducir diversos acervos genéticos, incluidas variedades y especies adaptadas localmente, se puede mejorar la resiliencia y el equilibrio ecológico de los ecosistemas degradados.

En general, la importancia del acervo genético radica en su contribución a la diversidad genética, la adaptación, la resistencia a enfermedades, la conservación de especies, la mejora de cultivos y la restauración ecológica. Preservar y gestionar la diversidad genética dentro de las poblaciones es esencial para la viabilidad y sostenibilidad a largo plazo de los sistemas naturales y agrícolas.

Preguntas Frecuentes

Referencias

• Hartl, DL y Clark, AG (2006). Principios de genética de poblaciones. Asociados Sinauer.
• Futuyma, DJ y Kirkpatrick, M. (2017). Evolución. Asociados Sinauer.
• Freeman, S., Herron, JC y University, NH (2013). Análisis evolutivo. Pearson.
• Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH y Lewontin, RC (1999). Análisis genético moderno. WH Freeman.

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