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Código de barras de DNA.
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CDIGO DE BARRAS DE DNA
Dra. Karina Alessandra Morelli
IBRAG-DECOL-UERJ
Maio, 2015
Disciplina: Sistemtica Molecular
BIODIVERSIDADE
A variabilidade entre organismos vivos de todas as origens compreendendo, dentre outros, os ecossistemas
terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquticos e
os complexos ecolgicos de que fazem parte;
compreendendo ainda a diversidade dentro de espcies,
entre espcies e de ecossistemas.
(CDB,1992)
BIODIVERSIDADE
Fonte: FAO
BIODIVERSIDADE : SERVIOS ECOSSISTMICOS
Fonte:
POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A
BIODIVERSIDADE?
A boticria da Caatinga
Produz secreo rica em compostos
capazes de eliminar bactrias
causadoras de doenas hospitalares
e diarrias, e tambm reduzir a
presso arterial.
Phyllomedusa hipocondrialis
Fonte: Revista Fapesp.
Captopril e derivados - um
inibidor da enzima conversora de
angiotensina, utilizado em
tratamento de hipertenso
arterial, teve como prottipo, um
polipeptdeo isolado do veneno de
serpente brasileira Bothrops
jararaca, comercializado por
multinacionais farmacuticas,
rendendo de 3-5 bilhes de
dlares anuais ...
POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A
BIODIVERSIDADE?
Bothrops jararaca
Fonte: Revista Fapesp.
PERDA DA BIODIVERSIDADE
INVENTRIO DA BIODIVERSIDADE
Mapeamento, catalogao e preservao da
biodiversidade
Inventrio e documentao da biodiversidade: Colees
Biolgicas (ex situ, banco de germoplasma, amostras
fixadas, bancos de DNA)
Base do conhecimento: composio, distribuio e
contedo da biodiversidade (fontes primrias de material
para estudos bsicos e aplicados; testemunho destes
estudos)
Qualidade da informao, visibilidade dos acervos,
tratamento interdisciplinar
BIODIVERSIDADE
A variabilidade entre organismos vivos de todas as origens compreendendo, dentre outros, os ecossistemas
terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquticos e
os complexos ecolgicos de que fazem parte;
compreendendo ainda a diversidade dentro de espcies,
entre espcies e de ecossistemas.
(CDB,1992)
BIODIVERSIDADE
Fonte: FAO
BIODIVERSIDADE : SERVIOS ECOSSISTMICOS
Fonte:
POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A
BIODIVERSIDADE?
A boticria da Caatinga
Produz secreo rica em compostos
capazes de eliminar bactrias
causadoras de doenas hospitalares
e diarrias, e tambm reduzir a
presso arterial.
Phyllomedusa hipocondrialis
Fonte: Revista Fapesp.
Captopril e derivados - um
inibidor da enzima conversora de
angiotensina, utilizado em
tratamento de hipertenso
arterial, teve como prottipo, um
polipeptdeo isolado do veneno de
serpente brasileira Bothrops
jararaca, comercializado por
multinacionais farmacuticas,
rendendo de 3-5 bilhes de
dlares anuais ...
POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A
BIODIVERSIDADE?
Bothrops jararaca
Fonte: Revista Fapesp.
PERDA DA BIODIVERSIDADE
INVENTRIO DA BIODIVERSIDADE
Mapeamento, catalogao e preservao da
biodiversidade
Inventrio e documentao da biodiversidade: Colees
Biolgicas (ex situ, banco de germoplasma, amostras
fixadas, bancos de DNA)
Base do conhecimento: composio, distribuio e
contedo da biodiversidade (fontes primrias de material
para estudos bsicos e aplicados; testemunho destes
estudos)
Qualidade da informao, visibilidade dos acervos,
tratamento interdisciplinar
IDENTIFICAO MOLECULAR DA
BIODIVERSIDADE
O QUE DNA BARCODING?
Utilizao PADRONIZADA de UMA regio
CURTA do genoma para a identificao de
ESPCIES
Regies flanqueadoras conservadas Fcil de amplificar
Baixa variao intraespecfica
Variao descontnua entre espcies (barcoding gap)
Banco de dados
Longo o suficiente pra ser informativo e curto o suficiente para um nico sequenciamento
BARCODING GAP
Meyer & Paulay, 2005, PLoS Biology
O QUE DNA BARCODE NO PRETENDE E NO ?
-Suplantar a taxonomia tradicional
-Taxonomia baseada em DNA (uma nica sequncia
ou caracter somente no indicado pra descrever
NADA!)
-No rvore da vida, os clusters formados em sua
anlise no so rvores filogenticas!
Animais: COI
Fungos: ITS?
Planas: RbcL e MatK
Protozorios: ?????
Limitaes:
Hajbabaei et al, 2007, TRENDS in
Genetics
ASSOCIATING LIFE STAGES,
PROCESSED PARTS, ETC
-536 amostras
-4 ordens, 15 famlias, 27 gneros e 37 espcies
-99,81%
- Densidade, abundncia e composio taxonmica
*recrutamento de peixes
Bioessays 35: 10041013, 2013
2013
Teia Lepdoptera x parasitides
Informao molecular (DNA barcode) dos
parasitides e hospedeiros : 3x mais interaes
observadas na teia.
2007
2014
EXEMPLOS: BIODIVERSIDADE X DNAMT X
FORENSE
Barcodes offer distinct opportunities for the study of parasite taxa that are largely under-represented in
the record of animal species
Because diversity and distributions of parasitic taxa are necessarily described in terms of their host
organisms, naming is more than a cataloguing
procedure but, instead, constitutes a diagnosis
2009
MARCADOR
Greater differences among species, on average
5- to 10-fold higher in mitochondrial than in
nuclear genes. Thus shorter segments
distinguish among species, and because
shorter, less expensively.
Copy number. There are 100-10,000 more copies of mitochondrial than nuclear DNA per cell, making recovery, especially from small or partially degraded samples, easier and cheaper.
Relatively few differences within species in most cases. Small intraspecific and large interspecific differences signal distinct genetic boundaries between most species, enabling precise identification with a barcode.
Introns, which are non-coding regions interspersed between coding regions of a gene, are absent from mitochondrial DNA of most animal species, making amplification straightforward. Nuclear genes are often interrupted by introns, making amplification difficult or unpredictable.
Folmer et al, 1994
WHY CYTOCHROME OXIDASE I
?
WHY CYTOCHROME OXIDASE I ?
-Conserved flanking regions
- Easy to amplify
- Low intraspecific variation
- Discontinuous variation between species *
- Database
- Long enough to be informative and short
enough for a single sequencing
- Few amino acid changes (mutations
generally in the third codon)
WHAT ARE THE MAIN LIMITS TO BARCODING ENCOUNTERED SO FAR?
Groups with little sequence diversity
Groups with high sequence diversity
Resolution of recently diverged species
Hybrids (introgression)
Nuclear pseudogenes
Genetic code is different in some taxa
mtDNA
STOP CODON=> 2 universals e more 2 others .
Herdmania momus. Singh et al.
2009
Dotson & Beard, 2001
Grande et al. BMC
Evolutionary Biology
2008
8:61 doi:10.1186/1471-
2148-8-61
Gastropods
Mitochondrial (passed on complete,
but only by daughters)
Butler, J.M. (2010). Fundamentals of Forensic DNA Typing. p. 364.
MTDNA
MTDNA
Heteroplasmy
COMO TRABALHAR COM BARCODING
1. Construindo uma biblioteca de referncia:
Espcimes bem identificados
Amostragem de tecidos
Extrao e Amplificao de DNA
Sequenciamento
Submisso dos dados em uma base de dados online
2 Identificao de desconhecidos:
Adulto, fragmento do organismo, juvenil, larvas
Amostragem de tecidos, DNA, sequenciamento
Comparao com a biblioteca de referncia
MTODOS PARA IDENTIFICAR ESPCIES
ATRAVS DE DNA BARCODING
(i) mtodos baseados em rvores; (NJ;BI)
(ii) os mtodos baseados em similaridade; (BLAST)
(iii) mtodos baseados em caracteres ("mtodos de
diagnstico").
Weitschek et al, 2014