Francisco RodrguezValera

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Filogenia microbiana
arboles o catálogos de genes?

• Francisco Rodríguez-Valera
• Universidad Miguel Hernández
• Alicante

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History of evolutionary theories

• Darwins Origin of Species 1859
• Mendels experiments on peas 1856-63
• Rediscovery of Mendels laws 1900
• Nilsson-Ehles experiments on wheat 1909
• Pearl, Jennings and Wrights work on
• Inbreeding 1912-1920
• Morgans experiments on Drosophila 1915
• Fishers paper on phenotypic correlations between
  relatives1918
• Sturtevants artificial selection experiments on
  Drosophila 1918

• Fishers The Genetical Theory of Natural
  Selection (Fundamental theorem) 1930 Wrights
  Evolution in Mendelian populations 1931
• Haldanes The Causes of Evolution 1932
• T. Dobzhansky Genetics and the Origin of Species
  1937
• E. Mayr Systematics and the origin of Species
  1942
• J.S. Huxley, Evolution The Modern Synthesis,
  1942
• G.G. Simpson. Tempo and Mode in Evolution 1944
• Kimura diffusion equation solution to the
  distribution of allele frequencies 1955

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Molecules as Documents of Evolutionary History
Different types of molecules are discussed in
relation to their fitness for providing the
basis for a molecular phylogeny. Best fit are the
semantides, i.e. the different types of
macromolecules that carry the genetic
Information.
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Norman Pace
Carl Woese
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Ribosomal RNA phylogeny and the primary lines of
evolutionary descent
...developments in molecular phylogeny using
ribosomal RNA (rRNA) sequences have revealed the
outlines of the master phylogenetic tree relating
all known life-forms.
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Problemas para establecer una filogenia en
procariotas

• Los caracteres compartidos son demasiado pocos

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Each COG includes proteins that are thought to be
orthologous, i.e. connected through vertical
evolutionary descent
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Human
70
Drosophila
70 genes in common
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Problemas para establecer una filogenia en
procariotas

• Los caracteres compartidos son demasiado pocos
• Los caracteres no compartidos v.g. metabolismo se
  ha repartido por HGT más que verticalmente

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Problemas para establecer una filogenia en
procariotas

• Los caracteres compartidos son demasiado pocos
• Los caracteres no compartidos v.g. metabolismo se
  ha repartido por HGT más que verticalmente
• Los genomas procarióticos son demasiado flexibles
  y evolucionan demasiado rápido para permitir
  reconstrucción evolutiva a escala larga v.g
  patógenos humanos

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Problemas para establecer una filogenia en
procariotas

• Los caracteres compartidos son demasiado pocos
• Los caracteres no compartidos v.g. metabolismo se
  ha repartido por HGT más que verticalmente
• Los genomas procarióticos son demasiado flexibles
  y evolucionan demasiado rápido para permitir
  reconstrucción evolutiva a escala larga v.g
  patógenos humanos
• Genomas quiméricos v.g. Thermotoga,
  Halobacterium, Methanosarcina, Fusobacterium

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Circular map of Sf301 chromosome compared with
those of E.coli K12 MG1655 and 0157 EDL933.
The hyperthermophile Thermoanaerobacter
tencongenest 258 of 2588 proteins (10) with
significantly greater similarity to archaeal than
to bacterial homologs.
The mesophile Metanosacrina acetivorans. 1453 of
4540 proteins (32) with sifnificantly greater
similarity to bacterial than to archaeal homologs.
Genomic maps of apparent phylogenetic affinities
for two bacterial genomes.
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Problemas para establecer una filogenia en
procariotas

• Los caracteres compartidos son demasiado pocos
• Los caracteres no compartidos v.g. metabolismo se
  ha repartido por HGT más que verticalmente
• Los genomas procarióticos son demasiado flexibles
  y evolucionan demasiado rápido para permitir
  reconstrucción evolutiva a escala larga v.g
  patógenos humanos
• Genomas quiméricos v.g. Thermotoga,
  Halobacterium, Methanosarcina, Fusobacterium
• El planeta ha cambiado demasiado desde el
  Cámbrico para permitir estasis evolutivo

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Problemas para establecer una filogenia en
procariotas

• Los caracteres compartidos son demasiado pocos
• Los caracteres no compartidos v.g. metabolismo se
  ha repartido por HGT más que verticalmente
• Los genomas procarióticos son demasiado flexibles
  y evolucionan demasiado rápido para permitir
  reconstrucción evolutiva a escala larga v.g
  patógenos humanos
• Genomas quiméricos v.g. Thermotoga,
  Halobacterium, Methanosarcina, Fusobacterium
• El planeta ha cambiado demasiado desde el
  Cámbrico para permitir estasis evolutivo
• Falta un modelo evolutivo

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Problemas en la aplicación del modelo
Neodarwinista

• No reproducción sexual ni meiosis
• No barreras a recombinación entre especies
• No hay anatomía comparada ni paleontología
• Biogeografía desconocida

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Un arbol universal probablemente no es viable
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Debemos renunciar a la reconstrucción evolutiva?

• No, los microbiólogos tenemos que desarrollar
  nuestro propio modelo

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Reconstrucciones menos ambiciosas probablemente
son factibles

• Es posible reconstruir evolución en tiempos más
  cortos. vg. Enterobacteriaceae etc.

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Reconstrucciones menos ambiciosas probablemente
son factibles

• Es posible reconstruir evolución en tiempos más
  cortos. vg. Buchnera , Enterobacteriaceae etc.
• Es posible reconstruir evolución de fragmentos de
  genomas v.g. trp operon, sistema DnaK

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Thomas H. Morgan (1866-1945)
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Agradecimientos

• Alex Mira
• Guadalupe Juez
• Ford Doolittle lab
• Yo soy el único culpable de las opiniones vertidas