Studying the genotype-phenotype map through general mathematical models of embryonic development and its application on tooth morphogenesis and evolution Estudi del mapa genotip-fenotip per mitja de models matematics de desenvolupament embrionari i la seva aplicacio a la morfogenesis i evolucio de les dents /

摘要

Entendre com les especies canvien al llarg de les generacions es un dels principals desafiaments de la biologia evolutiva. Per tal d'entendre el canvi evolutiu a nivell del fenotip és necessari conèixer quina variació fenotípica heretable és present a cada generació i com la seleccio natural actua sobre el fenotip. La variació genètica heretable s'associa a la variació fenotípica corresponent a través del mapa genotip-fenotip (MGF). En el cas de l'evolució morfològica, el MGF ve donat pel desenvolupament embrionari, que consisteix en xarxes d'interacció complexes i dinàmiques entre gens, cèl·lules i teixits. El MGF ens indica el conjunt de fenotips que el desenvolupament pot produir i també les mutacions genètiques especiífiques que es requereixen per aconseguir un determinat fenotip. En aquesta tesi utilitzem l'aproximació computacional per tal de generar prediccions teòriques sobre com la complexitat del MGF influeix en la variació morfològica resultant del desenvolupament i quin efecte té en les dinàmiques evolutives de les poblacions. Utilitzem la dent de mamífer com a sistema model a causa de la seva alta complexitat morfològica i la seva rellevància ecològica i evolutiva. Per mitjà de la simulació d'evolució in silico trobem que els règims selectius que es centren en tots els detalls del fenotip no aconsegueixen portar les poblacions a l'optimalitat fenotípica. També desenvolupem un model general de desenvolupament animal que és capaç de reproduir un ampli ventall de mecanismes de desenvolupament. Després utilitzem aquest model per extendre el model de desenvolupament de dents i explorem la variacio morfològica provinent d'alteracions en l'adhesió i biomecànica cel·lulars. Per mitjà de la simulació del desenvolupament de dents amb models matemàtics hem pogut fer prediccions sobre com un MGF complex afecta la distribució de la variació fenotípica i l'efecte de la selecció natural durant l'evolució adaptativa.