Genética de Populações

Genética de Populações

Edgar Bione

Genética de populações

Estrutura genética de uma população

Genética de populações

Estrutura genética de uma população

Grupo de indivíduos de uma mesma espécie que podem entrecruzar.

Genética de populações

Estrutura genética de uma população

Grupo de indivíduos de uma mesma espécie que podem entrecruzar.

• Alelos• Genótipos

Padrão das variações genéticas nas populaçõesMudanças na estrutura gênica através do tempo

Estrutura genética

• Freqüências genotípicas• Freqüências alélicas

rr = branca

Rr = rosa

RR = vermelha

Estrutura genética

• Freqüências genotípicas• Freqüências alélicas

200 = branca

500 = rosa

300 = vermelha

Total = 1000 flores

Freqüênciasgenotípicas

200/1000 = 0.2 rr

500/1000 = 0.5 Rr

300/1000 = 0.3 RR

Estrutura genética

• Freqüências genotípicas• Freqüências alélicas

200 rr = 400 r

500 Rr = 500 R 500 r

300 RR = 600 R

Total = 2000 alelos

Freqüênciasalélicas

900/2000 = 0.45 r

1100/2000 = 0.55 R

100 GG

160 Gg

140 gg

Para uma população com genótipos: Calcular:

Freqüência genotípica:

Freqüência fenotípica

Freqüência alélica

100 GG

160 Gg

140 gg

Para uma população com genótipos: Calcular:

100/400 = 0.25 GG160/400 = 0.40 Gg140/400 = 0.35 gg

260/400 = 0.65 verde140/400 = 0.35 amarelo

360/800 = 0.45 G440/800 = 0.55 g

0.65260

Freqüência genotípica:

Freqüência fenotípica

Freqüência alélica

100 GG

160 Gg

140 gg

Outro modo de calcular as freqüências alélicas:

Freqüência genotípica:

Freqüência alélica

0.25 GG

0.40 Gg

0.35 gg

G

g

Gg

0.250.40/2 = 0.200.40/2 = 0.200.35

360/800 = 0.45 G440/800 = 0.55 g

OU [0.25 + (0.40)/2] = 0.45 [0.35 + (0.40)/2] = 0.65

A genética de populações estuda a origem da variação, a transmissão das variantes dos genitores para a prole na geração seguinte, e as mudanças temporais que ocorrem em uma população devido a forças evolutivas sistemáticas e aleatórias.

- Porque alelos da hemofilia são raros em todas as populações humanas enquanto o alelo que causa anemia falciforme é tão comum em algumas populações africanas?

- Que mudanças esperar na freqüência de anemia falciforme em uma população que recebe migrantes africanos?

- Que mudanças ocorrem em populações de insetos sujeitas à inseticida geração após geração?

Se propõe a responder a questões com estas:

Porquê a variação genética é importante?

Como a estrutura genética muda?

O Genética de populações?

Freqüência genotípicaFreqüência alélica

Variação genética no espaço e tempo

Freqüência dos alelos Mdh-1 em colônias de caramujos

Variação genética no espaço e tempo

Mudanças na freqüência do alelo F no locus Lap em populações de ratos da pradaria em 20 gerações

Variação genética no espaço e tempo

Porquê a variação genética é importante?

Potencial para mudanças na estrutura genética

• Adaptação à mudanças ambientais• Conservação ambiental

• Divergências entre populações• Biodiversidade

Porquê a variação genética é importante?

variação

não variação

EXTINÇÃO!!

Aquecimento

globalSobrevivência

Porquê a variação genética é importante?

variação

não variação

norte

sul

norte

sul

Porquê a variação genética é importante?

variação

não variação

norte

sul

norte

suldivergência

NÃO DIVERGÊNCIA!!

Como a estrutura genética muda?

Como a estrutura genética muda?

Mudanças nas freqüências alélicas e/ou freqüências genotípicas através do tempo

Como a estrutura genética muda?

Mudanças nas freqüências alélicas e/ou freqüências genotípicas através do tempo

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferncial

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Mudanças no DNA

• Cria novos alelos

• Fonte final de toda variação genética

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Movimento de indivíduos entre populações

• Introduz novos alelos“Fluxo gênico”

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Certos genótipos deixam mais descendentes

• Diferenças na sobrevivência ou reprodução

diferenças no “fitness”

• Leva à adaptação

Seleção Natural

Resistência à sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

Seleção Natural

Resistência à sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

Seleção Natural

Resistência à sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

mutação!

2ª geração: 0,96 não resistente

0,04 resistente

Seleção Natural

Resistência à sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

2ª geração: 0,96 não resistente

0,04 resistente

3ª geração: 0,76 não resistente

0,24 resistente

Seleção Natural

Resistência à sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

2ª geração: 0,96 não resistente

0,04 resistente

3ª geração: 0,76 não resistente

0,24 resistente

4ª geração: 0,12 não resistente

0,88 resistente

Seleção Natural pode causar divergência em populações

divergêncianorte

sul

Seleção sobre os alelos da anemia falciforme

aa – ß hemoglobina anormal Anemia falciforme

Baixofitness

Médiofitness

Altofitness

Aa – Ambas ß hemoglobinas resistente à malária

AA – ß hemoglobina normal Vulnerável à malária

A seleção favorece os heterozigotos (Aa)Ambos alelos são mantidos na população (a em baixa freqüência)

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Mudança genética simplesmente ao acaso

• Erros de amostragem

• Sub-representação• Populações pequenas

Deriva Genética

8 RR8 rr

2 RR6 rr

0.50 R0.50 r

0.25 R0.75 r

Antes:

Depois:

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Causa mudanças nas freqüências alélicas

Como a estrutura genética muda?

• mutação

• migração

• seleção natural

• deriva genética

• Casamento preferencial

Casamento combina os alelos dentro do genótipo

Casamento não aleatório

Combinações alélicas não aleatórias

Variação genética em populações naturais

O estudo da variação consiste em dois estágios:

1) Descrição da variação fenotípica

2) Tradução dos fenótipos em termos genéticos

Genótipo Freqüências alélicas

População MM MN NN p (M) q (N)

Esquimós 0,835 0,156 0,009 0,913 0,087

Aborígines australianos 0,024 0,304 0,672 0,176 0,824

Egípcios 0,278 0,489 0,233 0,523 0,477

Alemães 0,297 0,507 0,196 0,550 0,450

Chineses 0,332 0,486 0,182 0,575 0,425

Nigerianos 0,301 0,495 0,204 0,548 0,452

Variação fenotípicaContínua

Descontínua

Polimorfismo cromossômico

Padrões de inversão:

ST – Standard

AR – Arrowhead

CH - Chiricahua

Variação genética em nível molecular

Aplicação de eletroforese

Tipo de enzimaNúmero de loci

estudadosLoci

Polimórficos% de Loci

Polimórficos

1. Oxirredutases 24 7 29

2. Transferases 29 10 34

3. Hidrolases 38 13 34

4. Liases 10 3 30

5. Isomerases 3 - -

Totais 104 33

Freqüências alélicasTipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas

M LMLM 1787

MN LMLN 3039

N LNLN 1303

Cálculo da freqüência: incidência de cada alelo dentre todos os observados

1) Número total de alelos na amostra: 2 x 6129 = 12258

2) Freqüência do alelo LM: [(2 x 1787) + 3039] / 12258 = 0,5395

3) Freqüência do alelo LN: [(2 x 1301) + 3039] / 12258 = 0,4605

Se “p” representa a freqüência do alelo LM e “q” a do alelo LN, a população avaliada apresenta:

p = 0,5395 q = 0,4605

Como LM e LN são os únicos alelos desse gene:

p + q = 1

Freqüências genotípicas: teorema de Hardy-Weinberg

Qual valor preditivo das freqüências alélicas?

Em uma população infinitamente grande e panmítica, e sobre a qual não há atuação de fatores evolutivos, as freqüências gênicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações.

A (p) a (q)

A (p)AA

p2

Aa

pq

a (q)Aa

pq

aa

q2

ovócitos

espe

rmat

ozói

des

Genótipo Freqüência

AA p2

Aa 2pq

aa q2

Hardy Weinberg Equation A freqüência do alelo “A”: em uma população é

chamada “p” Em uma população de gametas, a probabilidade que ambos,

ovos e espermatozóides, contenham o alelo “A” é p x p = p2

A freqüência do alelo “a”: em uma população é chamada “q” Em uma população de gametas, a probabilidade que ambos,

ovos e espermatozóides, contenham o alelo “a” é q x q = q2

Em uma população de gametas, a probabilidade que ambos, ovos e espermatozóides, contenham alelos diferentes é:

(p x q) + (q x p) = 2 pq.

Fêmeas dão “A” e machos “a”

ou Fêmeas dão “a” e machos “A”

Hardy Weinberg Equation

p2 + 2pq + q2 = 1

Aplicações do princípio de Hardy-WeinbergTipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas

M LMLM 1787

MN LMLN 3039

N LNLN 1303

A população observada está em equilíbrio de Hardy-Weiberg?

p = 0,5395 q = 0,4605

Genótipo Freqüência de Hardy-Weinberg

LMLM p2 = (0,5395)2 = 0,2911

LMLN 2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968

LNLN q2 = (0,4605)2 = 0,2121

Genótipo Número previsto

LMLM 0,2911 x 6129 = 1784,2

LMLN 0,4968 x 6129 = 3044,8

LNLN 0,2121 x 6129 = 1300,0

Qui-quadrado = 0,0223

Sabendo que a incidência de fenilcetonúria em uma população é de 0,0001 é possível calcular a freqüência do alelo mutante?

Sabendo que o distúrbio é causada por alelos mutantes em homozigose recessiva:

q2 = 0,0001

q = √0,0001 = 0,01

Assim, cerca de 1% dos alelos da população é avaliado como sendo mutante. Então podemos prever a freqüência de pessoas na população que são portadoras heterozigotas:

Freqüência de portadores = 2pq = 2 (0,99) (0,01) = 0,019

Cerca de 2% da população são previstas como portadores heterozigotos

Aplicação do teorema a genes ligados ao X

As freqüências alélicas são avaliadas pelas freqüências dos genótipos dos homens e as freqüências dos genótipos das mulheres são obtidas pela aplicação dos princípios de Hardy-Weinberg

Ex: daltonismo

Sexo Genótipo Freqüência Fenótipo

Homens C p = 0,88 Visão normal

c q = 0,12 Daltônico

Mulheres CC p2 = 0,77 Visão normal

Cc 2pq = 0,21 Visão normal

cc q2 = 0,02 Daltônico

Freqüências alélicas: só contar os alelos nos homens

Em uma população de 200 homens, 24 são daltônicos

c = 24/200 = 0,12 logo C = 1 – 0,12 = 0,88

Aplicação do teorema a genes com alelos múltiplos

Basta expandir a expressão multinomial

Geralmente usamos:

Para um gene com três alelos como o sistema ABO:

(p + q + r)2 = p2 + q2 + r2 + 2pq + 2qr + 2pr

Tipo sanguíneo Genótipo Freqüência

A IAIA p2

IAIO 2pr

B IBIB q2

IBIO 2qr

AB IAIB 2pq

O IOIO r2