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Prof. Natal [email protected]
LGN 313 Melhoramento Genético
Tema 8 Caracteres, herdabilidade e ganho genético
Departamento de Genética
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Heranças Oligogênica e Poligênica
Variação
Contínua
Caracteres Quantitativos
Descontínua
Caracteres Qualitativos
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Caracteres qualitativos
• Segregações conhecidas (mendelianas): p.ex. 3:1 ou 1:2:1 (um gene) e 9:3:3:1 (dois genes)
• Dominância, dominância parcial
• Os estudos qualitativos são feitos a nível de indivíduos e a interpretação da herança é feita com base na contagem e proporções definidas pelos resultados observados nas descendências dos cruzamentos
• Testes estatísticos: Qui-quadrado ( χ2 )
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Caracteres qualitativos: exemplos
Cor do tegumento dos grãos de milho
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Caracteres qualitativos: exemplosGrãos de Milho : Normal vs Doce
Geração F2
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Caracteres quantitativos• Genética Quantitativa : estuda os caracteres quantitativos, os
quais distinguem-se dos caracteres qualitativos nos seguintes aspectos:
- Herança poligênica: os caracteres quantitativos são, em geral, regulados por vários genes.
- Estudo a nível de populações e baseado na estimação de parâmetros tais como média, variância e covariância.
- Variações contínuas e efeito do meio.
• Como regra geral, os caracteres quantitativos exibem variações contínuas e são parcialmente de origem não genética, ou seja, são grandemente afetados pelo ambiente.
• Exemplos:
– Produtividade (grãos, frutos, leite, carne, ovos ), altura da planta, peso 6
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Caracteres quantitativos: exemplosAltura de inserção de espiga em milho (cm) de 100 plantas F2
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Caracteres quantitativos: exemplosAltura de inserção da espiga em milho (cm) de 100 plantas F2
Histograma: Altura de inserção da espigaN
°d
e ob
serv
açõe
s
Altura de inserção
Distribuição normal esperada
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Caracteres quantitativos: número de genes
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Caracteres quantitativos: número de genes
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Caracteres quantitativos: número de genes
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Mais exemplos: cor das sementes
ERVILHA(1 gene, Dominância)
TRIGO(3 genes, Aditiva)
FENÓTIPOS
Genitores
Híbrido F1
Geração F2
P1 P2
Amarela Verde
Amarela
F1
Amarela
F2F2
Verde
P1
Branca Vermelha
Rosa
F1
F2
Branca Rosa Vermelha
P2
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Caracteres Qualitativos: Cor dos grãos de ervilha (Mendel)
F1: totalmente heterozigóticos F2: (3/4 amarelos) + (1/4 verdes)(Amarelo)
,0
,50
1,0
1,50
2,0
2,50
3,0
3,50
Verde Amarelo
Distribuição em F2
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Caracteres quantitativos: Cor dos grãos de trigo (Nilsson – Ehle)
http://www.biologia.ufrj.br/PDF_GENETICA_MDI/Genetica_Quantitativa_1.pdf14
brancos vermelhos
rosas
vermelhosbrancos rosas
F2
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Nº genes, Nº genótipos, Tamanho da população
Exemplo: n = 3 locos gênicos;
m1 = m2 = m3 = 2 alelos/loco
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X X
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Genótipos possíveis:
C1C1
B1B1 C1C2
C2C2
C1C1
A1A1 B1B2 C1C2
C2C2
C1C1
B2B2 C1C2
C2C2
C1C1
B1B1 C1C2
C2C2
C1C1
A1A2 B1B2 C1C2
C2C2
C1C1
B2B2 C1C2
C2C2
C1C1
B1B1 C1C2
C2C2
C1C1
A2A2 B1B2 C1C2
C2C2
C1C1
B2B2 C1C2
C2C2
1
2
3
4
5
6
7
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1
2
3
4
5
6
7
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1
2
3
4
5
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16x x
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Híbridos entre linhagens que diferem em “n” pares de alelos
No de Pares de
Alelos
Classes
possíveis:
Gametas
em F1
Classes possíveis:
Genótipos
em F2
Tamanho mínimo de
uma população F2
perfeita
Dominância
completa
Ação
intermediária
1 2 3 4 2 3
2 4 9 16 4 9
3 8 27 64 8 27
4 16 81 256 16 81
10 1.024 59.049 1084.576 1.024 59.049
21 2.197.152 10.460.353.203 4.398.046.511.104 2.197.152 10.460.353.203
...
n 2n 3n 4n 2n 3n
* **
*
**
Número de genótipos resultantes de retrocruzamentos = número de genótipos homozigóticos ou linhagens
Supondo que os heterozigotos em fase de associação e repulsão são equivalentes
A , a
A , a ; B , b
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N. Fenótipos
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Ação gênica tipo DOMINANTE
Genitores contrastantes
P1 AABB 8
P2 aabb 4
F1 AaBb 8
F2
1 AABB 8
2 AABb 8
1 AAbb 5
2 AaBB 8
4 AaBb 8
2 Aabb 5
1 aaBB 7
2 aaBb 7
1 aabb 4
Média F2 7
Genitores semelhantes
P1 AAbb 5
P2 aaBB 7
F1 AaBb 8
F2
1 AABB 8
2 AABb 8
1 AAbb 5
2 AaBB 8
4 AaBb 8
2 Aabb 5
1 aaBB 7
2 aaBb 7
1 aabb 4
Média F2 7
Supondo: AA = Aa = 2 aa = 1 BB = Bb = 6 bb = 3
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Ação gênica tipo SOBREDOMINANTE
Genitores contrastantes
P1 AABB 8
P2 aabb 4
F1 AaBb 13
F2
1 AABB 8
2 AABb 10
1 AAbb 5
2 AaBB 11
4 AaBb 13
2 Aabb 8
1 aaBB 7
2 aaBb 9
1 aabb 4
Média F2 9,5
Genitores semelhantes
P1 AAbb 5
P2 aaBB 7
F1 AaBb 13
F2
1 AABB 8
2 AABb 10
1 AAbb 5
2 AaBB 11
4 AaBb 13
2 Aabb 8
1 aaBB 7
2 aaBb 9
1 aabb 4
Média F2 9,5
Supondo: AA= 2 Aa = 5 BB = 6 Bb = 8aa = 1 bb = 3
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Ação gênica tipo ADITIVA
Genitores contrastantes
P1 AABB 16
P2 aabb 8
F1 AaBb 12
F2
1 AABB 16
2 AABb 13
1 AAbb 10
2 AaBB 15
4 AaBb 12
2 Aabb 9
1 aaBB 14
2 aaBb 11
1 aabb 8
Média F2 12
Genitores semelhantes
P1 AAbb 10
P2 aaBB 14
F1 AaBb 12
F2
1 AABB 16 *
2 AABb 13
1 AAbb 10
2 AaBB 15 *
4 AaBb 12
2 Aabb 9 *
1 aaBB 14
2 aaBb 11
1 aabb 8 *
Média F2 12
Supondo: A = 2 a = 1 B = 6 b = 3
*segregantes transgressivos 20
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Tipo de ação gênica e melhoramentoALÉLICA NÃO ALÉLICA
Ausência de Interação
Recomendação
Aditividade alélica
Homozigotos
Aditividade não-alélica
Homozigotos
Presença de Interação
Recomendação
Algum grau de dominância
ou sobredominância
Heterozigotos
Epistase
? = f(Tipo)
LOCO A LOCO B TIPO DE EPISTASE MELHORAMENTO
Homozigoto Homozigoto (A x A) Aproveita
homozigotos
Homozigoto
Heterozigoto
Heterozigoto
Homozigoto
(A x D) Nem homozigotos
Nem heterozigotos
Heterozigoto Heterozigoto (D x D) Aproveita
heterozigotos 21
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Propriedades da herança poligênica ou quantitativa
� A segregação ocorre para nº grande de genes que controlam o caráter.
� Cada gene contribui para o valor total fenotípico com uma pequena parcela.
� Entre os muitos genes que controlam um caráter poligênico ocorrem várias
ações gênicas: Dominante, Aditiva, Sobredominante, Epistática.
� A expressão fenotípica de caracteres poligênicos é consideravelmente
alterada por pequenas diferenças do ambiente a que estão expostos os
membros de uma dada população.
� A maioria das populações carrega uma grande reserva de variabilidade
genotípica (população heterogênea).
� Dependendo da ação gênica da maioria dos genes que controla o caráter,
tem-se diferentes distribuições em F2.
OBSERVANDO A CURVA TIPO DE AÇÃO GÊNICA22
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Componentes da variância fenotípica :
F = G + E
F(1)F(2)
.
.
.F(N)
G(1)G(2)
.
.
.G(N)
E(1)E(2)
.
.
.E(N)
sF2 sG
2 sE2
Ex.:
Plantas F2
A ser
estimada
Plantas de uma
híbrido F1)
Plantas de uma
População auxiliar
(clone, linhagem,
híbrido F1)
==
=
++
+
23
= +
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Coeficiente de herdabilidade
h2 = 0 variação de natureza ambiental
h2 = 1 variação de natureza genética
Magnitudes:
Baixa: até 0,30 ex. produtividade de grãos
Média: 0,31 a 0,60 ex. altura da planta
Alta: > 0,60 ex. ciclo, resistência a doenças 24
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Progresso genético na seleção (Gs)
x x x
x x x x
x x x x
x x x x
x x x
x x
x x
x x xx x x
x x x x
x x x x
x x x x
x x x
x x
População original
População selecionada
Multiplicação
População melhorada
Ganho observado:
Ganho esperado:
Diferencial de seleção: 25
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Site:
• http://adi-8.bio.ib.usp.br/QTL2001/conceitos.html
– Página do Prof. Dr. Sérgio R. Matioli (IB/USP)
• Disciplina Optativa
– LGN 449 – Genética Quantitativa e de Populações
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Tema 8
Caracteres quantitativos e qualitativos
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Prática: exercícios sobre herdabilidade (h2) e ganho na seleção (Gs)
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1) Em uma propriedade foram obtidas duas capineiras, uma por sementes e a outra por mudas. Após 150 dias do plantio foram obtidos os dados do peso verde das plantas, em gramas:
Capineira obtida por sementes Capineira obtida por mudas
800 700 600 500 1000 250 700 750 800 790
400 350 700 650 850 900 810 820 950 880
250 350 450 850 1050 220 720 890 860 850
430 550 620 720 150 890 780 810 830 900
1020 829 930 740 1200 210 890 850 860 800
105 125 450 480 360 800 830 820 840 810
420 410 850 920 860 1010
a) Pede-se: a1 ) estimar a variância fenotípica em ambos os casos;
a2 ) explicar o que está contido nesta variância.
b) Estimar a variância genética.
c) Estimar a herdabilidade para a capineira obtida por sementes.
d) Se forem selecionadas plantas com 900 ou mais gramas na capineira obtida por mudas,
qual será a média esperada da descendência?
e) Se forem selecionadas todas as plantas com mais de 1000g na capineira por sementes,
qual será a média esperada da capineira melhorada?
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Capineira
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Fórmulas:
• Fórmulas:• s² = [1/ (N – 1)] Σ (Xij – X)² • = [1/ (N – 1)] [Σ X2
ij – (1/N) (Σ Xij)²]
• s2F = s2
G + s2E
• h² = s2G / s
2F
• Ĝs = h² × ds
• ds = Xs – Xo
• Xs = média da população selecionada
• Xo = média da população original
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Soluções exercício 1: capineiraa1) Sementes
média = X = (1/42) (800 + 700 + ... + 1010) = (1/42)(25949) = 617,83
s2F = [(800 - 617,83)² + ... + (1010 – 617,83)²] = 85122,7764
42 – 1
a2) Mudas
média = X = (1/24) (700 + 750 + ... + 810) = (1/24)(19840) = 826,67s2
F = s2E = [(700 – 826,67)² + ... + (810 – 826,67)²] = 3223,1884 = s2
E
24 – 1
b) s2G = 85122,7764 - 3223,1884 = 81899,588
c) h² = s2G = 81899,588 × 100 = 96,21% ou 0,9621
s2F 85122,7764
d) Mudas Média = X = 826,67
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Capineira obtida por sementes Capineira obtida por mudas
800 700 600 500 1000 250 700 750 800 790
400 350 700 650 850 900 810 820 950 880
250 350 450 850 1050 220 720 890 860 850
430 550 620 720 150 890 780 810 830 900
1020 829 930 740 1200 210 890 850 860 800
105 125 450 480 360 800 830 820 840 810
420 410 850 920 860 1010
Soluções exercício 1: capineirae) Seleção pop. Sementes: plantas > 1000 g
Xo = 800 + 400 + ... + 860 = 617,83g
42
Xs = 1020 + 1050 + 1200 + 1010 = 1070g
4
ds = Xs – Xo
ds = 1070 – 617,83 = 452,17g
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OĜs = h² × ds
Ĝs = 0,9621 × 452,17 = 435,0327g
Ĝs % = (Ĝs / Xo ) × 100
Ĝs % = (435,0327 / 617,83) × 100 = 70,4 %
Xm = Xo + Ĝs
Xm = 617,83 + 435,0327 = 1052,8g
Soluções exercício 1: capineira
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2) Um melhorista de essências florestais desejando melhorar a sucupiracoletou sementes de todo o povoamento nativo e estacas da melhor árvore. Obteve assim, na estação experimental uma plantação por sementes e a outra por estacas. Após 3 anos ele mediu a altura das plantas (em metros) e obteve os seguintes resultados:
Plantação por sementes Plantação por estacas
3,0 2,8 2,5 3,2 1,2 0,8 2,0 1,8 2,1 1,8 1,9
2,6 2,7 3,3 3,0 2,8 1,0 2,2 1,7 1,8 1,9 2,0
0,9 0,8 1,3 2,2 2,1 2,4 2,1 2,3 2,4 2,2 2,0
0,5 2,3 3,1 2,4 2,5 2,3 1,9 1,8 2,2 2,3 2,0
2,8 2,6 2,2 2,0 1,4 1,6
1,8 1,4 1,2 2,2 2,3 3,2
2,1 2,2 1,8 1,4 1,2 1,5
1,8 2,0 2,6 2,4 2,5 3,0
a) Estime a variância fenotípica nos dois casos. Qual a causa dessa variação em ambos os
casos?
b) Estime a variância genética.
c) Estime a herdabilidade na plantação obtida por sementes e por estacas.
d) Se forem selecionadas todas as plantas com três ou mais metros no povoamento obtido
por sementes, qual será o ganho esperado com a seleção?
US
P, E
SA
LQ, L
GN
313
-M
ELH
OR
AM
EN
TO
GE
NÉ
TIC
O, P
RO
F. N
AT
AL
A. V
ELL
O
Sucupira
US
P, E
SA
LQ, L
GN
313
-M
ELH
OR
AM
EN
TO
GE
NÉ
TIC
O, P
RO
F. N
AT
AL
A. V
ELL
O
a1 ) Sementes
Média = x = (1/48) (3,0 + 2,8 +... + 3,0) = (1/48) (100,8) = 2,10m
s2F = [(3,0 – 2,10)² + ... + (3,0 – 2,10)²] = 24,81 = 0,5278
48 – 1 47
a2) Estacas
Média = x = (1/20) (2,0 + 1,8 +... + 2,0) = (1/20) (40,4) = 2,02m
s2F = [(2,0 – 2,02)² + ... + (2,0 – 2,02)²] = 0,752 = 0,0395 = s2
E
20 – 1 19
b)
s2F = s2
G + s2E
s2G = 0,5278 – 0,0395 = 0,488
c1) Sementes
h² = s2G = 0,488 = 0,924 ou 92,4 %
s2F 0,5278
c2 ) Estacas
s2G = 0 e h² = 0,0 %
Soluções exercício 2: sucupira
US
P, E
SA
LQ, L
GN
313
-M
ELH
OR
AM
EN
TO
GE
NÉ
TIC
O, P
RO
F. N
AT
AL
A. V
ELL
O
xs = 3,0 + 3,3 + 3,1 + 3,2 + 3,0 + 3,2 + 3,0 = 3,11m
7
ds = Xs – Xo = 3,11 – 2,10 = 1,01m
Ĝs = h² × ds = 0,924 × 1,01 = 0,93324 m
Ĝs % = Ĝs × 100 = 0,93324 × 100 = 44,4 %
Xo 2,10
Xm = Xo + Ĝs = 2,10 + 0,93324 = 3,03 m
Soluções exercício 2: sucupira
Plantação por sementes Plantação por estacas
3,0 2,8 2,5 3,2 1,2 0,8 2,0 1,8 2,1 1,8 1,9
2,6 2,7 3,3 3,0 2,8 1,0 2,2 1,7 1,8 1,9 2,0
0,9 0,8 1,3 2,2 2,1 2,4 2,1 2,3 2,4 2,2 2,0
0,5 2,3 3,1 2,4 2,5 2,3 1,9 1,8 2,2 2,3 2,0
2,8 2,6 2,2 2,0 1,4 1,6
1,8 1,4 1,2 2,2 2,3 3,2
2,1 2,2 1,8 1,4 1,2 1,5
1,8 2,0 2,6 2,4 2,5 3,0
d) Seleção pop. sementes: plantas = > 3 m
