Trinquete de Muller

En genética evolutiva , el trinquete de Müller (llamado así por Hermann Joseph Müller , por analogía con un efecto trinquete ) es un proceso que, en ausencia de recombinación (especialmente en una población asexual ), da como resultado una acumulación de mutaciones deletéreas irreversibles. ^{[1] [2]} Esto sucede porque en ausencia de recombinación, y asumiendo que las mutaciones inversas son raras, la descendencia soporta al menos tanta carga mutacional como sus padres. ^[2] Müller propuso este mecanismo como una de las razones por las que la reproducción sexual puede ser favorecida sobre la reproducción asexual , ya que los organismos sexuales se benefician de la recombinación y la consiguiente eliminación de mutaciones deletéreas. El efecto negativo de acumular mutaciones deletéreas irreversibles puede no prevalecer en organismos que, aunque se reproducen asexualmente, también experimentan otras formas de recombinación. Este efecto también se ha observado en aquellas regiones de los genomas de organismos sexuales que no experimentan recombinación.

Aunque Muller analizó las ventajas de la reproducción sexual en su charla de 1932, no contiene la palabra "trinquete". Muller introdujo por primera vez el término "trinquete" en su artículo de 1964, ^[2] y la frase "trinquete de Muller" fue acuñada por Joe Felsenstein en su artículo de 1974, "La ventaja evolutiva de la recombinación". ^[3]

La reproducción asexual obliga a que los genomas se hereden como bloques indivisibles, de modo que una vez que los genomas menos mutados de una población asexual comienzan a portar al menos una mutación deletérea, no se puede esperar que se encuentren genomas con menos mutaciones de este tipo en las generaciones futuras (excepto como resultado de una mutación de vuelta ). Esto da como resultado una acumulación eventual de mutaciones conocida como carga genética . En teoría, la carga genética que llevan las poblaciones asexuales finalmente se vuelve tan grande que la población se extingue. ^[4] Además, los experimentos de laboratorio han confirmado la existencia del trinquete y la consiguiente extinción de poblaciones en muchos organismos (bajo una deriva intensa y cuando no se permiten las recombinaciones), incluidos los virus de ARN, las bacterias y los eucariotas. ^{[5] [6] [7]} En las poblaciones sexuales, el proceso de recombinación genética permite que los genomas de la descendencia sean diferentes de los genomas de los progenitores. En particular, los genomas de la progenie (descendencia) con menos mutaciones se pueden generar a partir de genomas parentales con mayor cantidad de mutaciones juntando porciones libres de mutaciones de cromosomas parentales. Además, la selección purificadora , hasta cierto punto, alivia una población cargada cuando la recombinación da como resultado diferentes combinaciones de mutaciones. ^[2]

Entre los protistas y procariotas , existe una plétora de organismos supuestamente asexuales. Cada vez se demuestra que más de ellos intercambian información genética a través de una variedad de mecanismos. En contraste, los genomas de las mitocondrias y los cloroplastos no se recombinan y sufrirían el trinquete de Müller si no fueran tan pequeños como son (véase Birdsell y Wills [pp. 93-95]). ^[8] De hecho, la probabilidad de que los genomas menos mutados en una población asexual terminen portando al menos una mutación (adicional) depende en gran medida de la tasa de mutación genómica y esta aumenta más o menos linealmente con el tamaño del genoma (más exactamente, con el número de pares de bases presentes en los genes activos). Sin embargo, las reducciones en el tamaño del genoma, especialmente en parásitos y simbiontes, también pueden ser causadas por la selección directa para deshacerse de genes que se han vuelto innecesarios. Por lo tanto, un genoma más pequeño no es una indicación segura de la acción del trinquete de Müller. ^[9]

En los organismos que se reproducen sexualmente, los cromosomas no recombinantes o las regiones cromosómicas como el cromosoma Y de los mamíferos (con excepción de las secuencias multicopia que sí participan en la recombinación intracromosómica y la conversión génica ^[4] ) también deberían estar sujetos a los efectos del trinquete de Müller. Estas secuencias no recombinantes tienden a encogerse y evolucionar rápidamente. Sin embargo, esta rápida evolución también podría deberse a la incapacidad de estas secuencias para reparar el daño del ADN mediante la reparación asistida por plantilla, lo que equivale a un aumento en la tasa de mutación de estas secuencias. Atribuir casos de encogimiento del genoma o de evolución rápida únicamente al trinquete de Müller no es fácil.

El trinquete de Muller se basa en la deriva genética y gira más rápido en poblaciones más pequeñas porque en dichas poblaciones las mutaciones deletéreas tienen una mejor posibilidad de fijación. Por lo tanto, establece los límites al tamaño máximo de los genomas asexuales y a la continuidad evolutiva a largo plazo de los linajes asexuales. ^[4] Sin embargo, se cree que algunos linajes asexuales son bastante antiguos; los rotíferos bdelloideos , por ejemplo, parecen haber sido asexuales durante casi 40 millones de años. ^[10] Sin embargo, se encontró que los rotíferos poseen una cantidad sustancial de genes extraños de posibles eventos de transferencia horizontal de genes . ^[11] Además, un pez vertebrado, Poecilia formosa , parece desafiar el efecto del trinquete, habiendo existido durante 500.000 generaciones. Esto se ha explicado por el mantenimiento de la diversidad genómica a través de la introgresión parental y un alto nivel de heterocigosidad resultante del origen híbrido de esta especie. ^[12]

En 1978, John Haigh utilizó un modelo de Wright-Fisher para analizar el efecto del trinquete de Muller en una población asexual. ^[13] Si el trinquete está funcionando, la clase más apta (los individuos menos cargados) es pequeña y propensa a la extinción por efecto de la deriva genética. En su artículo, Haigh deriva la ecuación que calcula la frecuencia de individuos portadores de mutaciones para la población con distribución estacionaria:${\estilo de visualización k}$

${\displaystyle n_{k}\ =\ {\frac {Ne^{-\theta }\theta ^{k}}{k!}}}$

${\displaystyle \theta =\ {\frac {\lambda }{s}}}$

donde, es el número de individuos portadores de mutaciones, es el tamaño de la población, es la tasa de mutación y es el coeficiente de selección.${\estilo de visualización n_{k}\ }$${\estilo de visualización k}$${\estilo de visualización N}$${\estilo de visualización \lambda}$${\estilo de visualización s}$

Por lo tanto, la frecuencia de los individuos de la clase más apta ( ) es:${\displaystyle k=0}$

${\displaystyle {n_{0}}\ =N\ \ e^{-\ \theta }}$

En una población asexual que sufre de trinquete, la frecuencia de los individuos más aptos sería pequeña y se extinguirían después de unas pocas generaciones. ^[13] Esto se llama un clic del trinquete. Después de cada clic, la tasa de acumulación de mutaciones deletéreas aumentaría y, en última instancia, daría como resultado la extinción de la población.

Se ha argumentado que la recombinación fue un desarrollo evolutivo tan antiguo como la vida en la Tierra. ^[14] Los primeros replicadores de ARN capaces de recombinación pueden haber sido la fuente sexual ancestral de la que periódicamente podían surgir linajes asexuales . ^[14] La recombinación en los primeros linajes sexuales puede haber proporcionado un medio para hacer frente al daño del genoma. ^[15] El trinquete de Muller en condiciones tan antiguas probablemente habría impedido la persistencia evolutiva de los linajes asexuales que no pudieron experimentar la recombinación. ^[14]

Dado que las mutaciones deletéreas son dañinas por definición, su acumulación daría como resultado la pérdida de individuos y un tamaño de población menor. Las poblaciones pequeñas son más susceptibles al efecto trinquete y las mutaciones más deletéreas se fijarían como resultado de la deriva genética. Esto crea un ciclo de retroalimentación positiva que acelera la extinción de poblaciones asexuales pequeñas. Este fenómeno se ha denominado colapso mutacional . ^[16]

• Evolución de la reproducción sexual
• Autostop genético
• Efecto Hill-Robertson

• Webcomic xkcd que explica el trinquete de Muller y la recombinación a través de la evolución de los memes de Internet