Selección equilibradora: definición, mecanismos y pruebas en poblaciones
Selección equilibradora: definición, mecanismos y pruebas en poblaciones — descubre cómo la ventaja heterocigota y la selección dependiente de la frecuencia mantienen el polimorfismo genético.
La selección equilibradora se refiere a los procesos selectivos por los que se mantienen diferentes alelos (diferentes versiones de un gen) en el acervo genético de una población con frecuencias superiores a la de la mutación del gen. En términos sencillos, son fuerzas evolutivas que evitan la fijación de un único alelo y mantienen diversidad genética dentro de una población.
Mecanismos principales
Hay varias formas en las que la selección equilibradora puede mantener el polimorfismo genético. Entre las más importantes y estudiadas están:
- Ventaja del heterocigoto (sobredominancia): el heterocigoto tiene mayor aptitud relativa que cualquiera de los homocigotos. Ejemplo clásico: la mutación de la hemoglobina que causa anemia falciforme confiere resistencia a la malaria en heterocigotos; así el alelo perjudicial en homocigosis se mantiene a frecuencias intermedias porque el heterocigoto es ventajoso en regiones con malaria.
- Selección dependiente de la frecuencia: la aptitud de un alelo cambia según su frecuencia en la población. Puede ser:
- Negativa (ventaja de rareza): los alelos raros tienen ventaja, lo que mantiene múltiples variantes (p. ej., mimetismo y predación donde los depredadores desarrollan “imagen de búsqueda”).
- Positiva: los alelos comunes son favorecidos (esto tiende a reducir diversidad, pero en sistemas con varias estrategias alternativas puede contribuir a dinámicas equilibradas).
- Heterogeneidad espacial o temporal: diferentes alelos son ventajosos en distintos ambientes o en distintos momentos. La migración entre parches ambientales y la fluctuación temporal de la selección pueden mantener varios alelos en la población meta.
- Selección mediada por patógenos y del sistema inmune: loci como el complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) muestran alta diversidad mantenida por la selección mediada por patógenos y por ventaja de heterocigotos.
- Sistemas de incompatibilidad gamética o autoincompatibilidad en plantas: en muchas especies de plantas se mantienen decenas o cientos de alelos de compatibilidad debido a la ventaja que supone la fecundación cruzada frente a la autofecundación.
Señales y pruebas de selección equilibradora
Detectar selección equilibradora combina evidencia poblacional, molecular y funcional. Algunas pruebas y señales comunes son:
- Exceso de diversidad y de heterocigosidad: las regiones bajo selección equilibradora suelen mostrar mayor diversidad nucleotídica (π) y heterocigosidad que el resto del genoma.
- Distribución de frecuencias de variantes (Site Frequency Spectrum): se observa una abundancia de variantes en frecuencias intermedias; estadísticos como Tajima's D tienden a ser positivos en regiones balanceadas.
- Pruebas de equilibrio entre polimorfismo y divergencia: la prueba HKA (Hudson–Kreitman–Aguadé) compara niveles de polimorfismo y divergencia entre loci; desviaciones pueden indicar selección balanceadora.
- Polimorfismo trans-específico: alelos que se mantienen a través de eventos de especiación (mismas variantes presentes en especies hermanas) son un sello de selección a largo plazo (ej.: ciertos alelos del MHC).
- Edad de los alelos y coalescencia profunda: los alelos mantenidos por selección equilibradora suelen ser antiguos, con tiempos de coalescencia mayores que los esperados bajo deriva neutra.
- Patrones de haplotipos y desequilibrio de ligamiento: la selección equilibradora puede producir combinaciones de haplotipos antiguas y estructuradas alrededor del sitio seleccionado; sin embargo, la recombinación y la historia demográfica afectan mucho estas señales.
- Pruebas genómicas y métodos computacionales: escaneos genómicos (por ejemplo, estadísticas basadas en la frecuencia de alelos o medidas específicas diseñadas para detectar equilibrio), pruebas de verosimilitud y simulaciones coalescentes se usan para contrastar modelos neutros y modelos con selección.
Ejemplos bien documentados
- La mutación de la hemoglobina S en humanos: mantenimiento del alelo debido a la resistencia a la malaria en heterocigotos.
- MHC en vertebrados: elevada diversidad mantenida por la interacción huésped-patógeno y por ventaja de heterocigotos; presencia de polimorfismos trans-específicos.
- Sistemas de autoincompatibilidad en plantas (numerosos alelos S) que evitan la autofecundación y mantienen gran número de variantes.
- Polimorfismos de color y conducta en insectos y peces donde la selección dependiente de la frecuencia estabiliza múltiples fenotipos.
Limitaciones y precauciones
Interpretar señales de selección equilibradora requiere cautela. Entre las complicaciones más importantes están:
- Efectos demográficos: cuellos de botella, expansiones poblacionales o estructura poblacional pueden producir señales parecidas a las de selección equilibradora (p. ej., cambios en Tajima's D).
- Selección ligada y fondos genómicos: la selección en regiones próximas puede alterar patrones de variación y confundir pruebas.
- Necesidad de evidencia combinada: una sola señal estadística rara vez es concluyente. Lo ideal es combinar pruebas poblacionales, evidencia funcional (p. ej., efectos fenotípicos) y, cuando sea posible, experimentos o estudios ecológicos de campo.
Recomendaciones para estudios
- Usar múltiples estadísticos (SFS, Tajima's D, HKA, pruebas de edad de alelos) y contrastarlos con simulaciones neutrales que incluyan la historia demográfica de la población.
- Integrar datos funcionales, ecológicos o de aptitud (experimentos de campo o de laboratorio) para confirmar que variantes específicas tienen efectos biológicamente relevantes.
- Realizar análisis comparativos entre poblaciones y especies para identificar señales consistentes (p. ej., polimorfismo trans-específico).
Importancia ecológica y aplicada
La selección equilibradora mantiene la variación genética necesaria para la adaptación futura y puede influir en la resistencia a enfermedades, la respuesta a cambios ambientales y la conservación de especies. Comprender estos mecanismos es clave en biomedicina (p. ej., genética de enfermedades infecciosas), agricultura (conservación de diversidad en cultivos) y conservación (preservar variación adaptativa en poblaciones amenazadas).
En resumen, la selección equilibradora es un conjunto de procesos que preservan múltiples alelos en poblaciones. Sus mecanismos son diversos —ventaja del heterocigoto, selección dependiente de la frecuencia, heterogeneidad espacial/temporal, entre otros— y su detección requiere el uso combinado de métodos poblacionales, moleculares y ecológicos para separar la señal de selección de los efectos demográficos y del azar.
Mecanismos de selección de equilibrio
Ventaja de los heterocigotos
En la ventaja de los heterocigotos, o selección equilibrada heterótica, un individuo heterocigoto en un determinado locus genético tiene una mayor aptitud que un individuo homocigoto. Los polimorfismos mantenidos por este mecanismo son polimorfismos equilibrados.
Un caso bien estudiado es el de la anemia falciforme en humanos, una enfermedad hereditaria que daña los glóbulos rojos. La anemia falciforme está causada por la herencia de una variante del gen de la hemoglobina (HgbS) de ambos padres. En estos individuos, la hemoglobina de los glóbulos rojos es extremadamente sensible a la falta de oxígeno, lo que provoca una menor esperanza de vida.
Una persona que hereda el gen de la anemia falciforme de uno de sus progenitores y el gen de la hemoglobina normal (HgbA) del otro, tiene una esperanza de vida normal. El heterocigoto es resistente al parásito de la malaria, que mata a un gran número de personas cada año. La frecuencia del heterocigoto se mantiene alta debido a la fuerte selección contra los dos homocigotos.
El heterocigoto tiene una ventaja permanente (una mayor aptitud) allí donde existe la malaria.
Selección en función de la frecuencia
La selección dependiente de la frecuencia se produce cuando la aptitud de un fenotipo depende de su frecuencia.
En la selección positiva dependiente de la frecuencia, la aptitud de un fenotipo aumenta a medida que se hace más común. En la selección negativa dependiente de la frecuencia, la aptitud de un fenotipo aumenta a medida que se vuelve menos común. Por ejemplo, en el cambio de presa, los morfos raros de presa son más aptos porque los depredadores se concentran en los morfos más frecuentes.
La aptitud varía en el tiempo y en el espacio
La aptitud de un genotipo puede variar mucho entre las fases larvarias y las adultas, o entre las partes de un hábitat.
La selección actúa a diferentes niveles
La aptitud de un genotipo puede depender de la aptitud de otros genotipos de la población: esto abarca muchas situaciones naturales en las que lo mejor que se puede hacer (desde el punto de vista de la supervivencia y la reproducción) depende de lo que hagan otros miembros de la población en ese momento.
Glóbulos rojos con forma de hoz. Esta condición no letal en los heterocigotos se mantiene por selección de equilibrio en los humanos de África e India debido a su resistencia al parásito de la malaria.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la selección equilibrada?
R: La selección equilibradora es un proceso mediante el cual se mantienen diferentes alelos en el acervo genético de una población con frecuencias superiores a las de la mutación genética.
P: ¿Por qué se produce la selección de equilibrio?
R: La selección de equilibrio se produce cuando el heterocigoto de un gen tiene una aptitud relativa mayor que el homocigoto.
P: ¿Qué es el polimorfismo genético?
R: El polimorfismo genético se refiere a la aparición de diferentes formas de una característica, como diferentes alelos, dentro de una población.
P: ¿Cómo se pueden encontrar pruebas de la selección equilibradora?
R: Las pruebas de la selección equilibradora pueden encontrarse en el número de alelos de una población que se mantienen por encima de las frecuencias de la tasa de mutación.
P: ¿Es común la variación genética en las poblaciones panmícticas?
R: Sí, todas las investigaciones modernas han demostrado que la variación genética significativa es común en las poblaciones panmícticas.
P: ¿Cuál es la experiencia de Darwin y Wallace con respecto a las poblaciones naturales?
R: Darwin, Wallace y otros investigadores han observado que las poblaciones naturales en estado salvaje son extraordinariamente variadas.
P: ¿Cuáles son las dos formas principales a través de las cuales la selección equilibradora actúa para mantener el polimorfismo?
R: Las dos formas principales a través de las cuales funciona la selección equilibradora para mantener el polimorfismo son la ventaja de los heterocigotos y la selección dependiente de la frecuencia.
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