Evolução dos genomas

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Evolução dos genomas

  1. 1. Evolução dos genomas Prof. Adriana Dantas UERGS
  2. 2. Teoria Geral da EvoluçãoO que revelam os fósseis?Henry Gee, escritor-chefe de ciência da revista Nature, émuito pessimista a respeito do assunto: – Nenhum fóssil é enterrado com o seu registro de nascimento... os intervalos de tempo que separam os fósseis são tão imensos que nós não podemos dizer nada definitivo sobre sua possível conexão através da ancestralidade ou descendência.. – cada fóssil é um ponto isolado, com nenhuma conexão conhecida com qualquer outro fóssil dado, e tudo flutua num irresistível mar de lacunas... entre 10 e 5 milhões de anos atrás - diversos milhares de gerações de criaturas - tudo isso cabe dentro de uma pequena caixa... – Pegar uma linhagem de fósseis e afirmar que eles representam uma linhagem não é uma hipótese científica que possa ser testada, mas uma afirmação que tem a mesma validade como uma estória para dormir - interessante, talvez até instrutiva, mas não é científica.
  3. 3. Mecanismos de evolução Principal força de evolução
  4. 4. Duplicação dos genesSusumu Ohno,1970, Evolutionby geneduplication.Berlin,SpringerVerlag
  5. 5. Hipótese de Ohno“Gene duplication emerged asthe major force of evolution.Only when a redundant genelocus is created by duplication isit permitted to accumulateforbidden mutations and emergeas a new gene locus withunknown function”
  6. 6. Duplicação gênica • Duplicação em tandem • Translocação • Transposição • Não disjunção meiótica • Poliploidia
  7. 7. Mutações não silenciosasMutações específicas levam a novas funções gênicas: Sítio ativo de enzimas ou de ligantes de proteínas; Elementos reguladores determinam expressão espaço- temporal dos genes duplicados.
  8. 8. Hox genesFamília gênica da superfamíliaHomeoboxEnvolvida na regulação dodesenvolvimento (morfogênese) deanimais, fungos e plantasCodificam fatores de transcrição quetipicamente ativam outros genesnuma reação em cadeia
  9. 9. Hox genesIsso sugere que essa família de genesevoluiu bem cedo e que osmecanismos básicos de morfogênesesão os mesmos para muitosorganismos.Duplicações de genes homeoboxpodem produzir novos segmentoscorporaisEssas duplicações provavelmenteforam importantes na evolução deanimais segmentados.
  10. 10. Linha Evolutiva do HomemLINHA EVOLUTIVA DO HOMEMORDEM PRIMATASSUB-ORDEM ANTROPOIDES PRÓ-SÍMIOSGRUPO CATARRINOS PLATIRRINOSSUPERFAMÍLIA HOMINOIDES Hilobatídeos Pongídeos Panídeos HominídeosFAMÍLIA (orangotangos) (homens) (Gibões) (Gorilas, chimpanzés)
  11. 11. Evolução Física Postura ereta Liberação dosMembros superiores Manipulação de objetos Alterações físicas Evolução cerebral Mudanças Desenvolvimento Evolução Cultural comportamentais Social (saber do (saber erudito) fazer)
  12. 12. Aumento do crânio• AUMENTO DO TAMANHO DO CRÂNIO• ÁREA FRONTAL AMPLIADA (H.erectus=1200cc e H.sapiens=1400cc) • cérebro grande dieta rica em proteínas + controle de temperatura = bom funcionamento cerebral
  13. 13. BipedalismoPrecede o aparecimento da espécie humanaO andar bípede, levou a modificações nanossa anatomia:Crânio acima da coluna vertebralCurva em S na coluna para apoiar o pesosuperior do corpoEstrutura pélvica foi adaptada parasuportar a tensão e peso associado aobipedalismoModificação da ligação entre fêmur equadril.
  14. 14. Forças evolutivas MUDANÇAS CLIMÁTICAS FORTE PRESSÃO SELETIVA ASSIM: POSTURA ERETA E BIPEDALISMOFORAM SELECIONADOS FAVORAVELMENTE
  15. 15. Perda de CalorO andar ereto esforço muscular gera muito calorFolículos pilosos no homem = macacoPêlos no homem desenvolvidosGlândulas sudoríparas no homem macacoGrande transpiração + pele desnuda = tec. humano eficiente em dissipar calor produzido pelo esforço.
  16. 16. Fungos mutualistas x patogênicos:Genômica estrutural e suacontribuição para oentendimento das relações fungo-plantado ponto de vista evolutivo, o fato deque um microrganismo endofíticopode se tornar patogênico.
  17. 17. Fungos x Plantas
  18. 18. Picture 4
  19. 19. Porque os virus são parasitas intracelulares obrigatórios A Célula ou o Vírus?
  20. 20. Origem dos vírusAinda são especulativasTeorias de origem viral: – Evolução regressiva: vírus são degenerações de formas de vida antes independentes através da perda de muitas funções essenciais para a vida celular– Origem celular: vírus seriam um subconjunto de componentes celulares que evoluíram para entidades próprias capazes de propagação célula-célula e mais tarde transmissão indivíduo-indivíduo– Entidades independentes : vírus evoluíram de uma origem própria e em paralelo com a evolução de formas de vida mais complexas, partindo de moléculas auto-replicativas no mundo primordial RNA– As teorias não são mutualmente exclusivas – diferentes linhagens de vírus podem ter origens diferentes
  21. 21. Evolução viralÉ contemporânea e observávelProgênie viral numerosa e tempo de geração curtocontribuem para a evolução rápida dos vírusTaxa de mutações mais alta em vírus RNA do queem vírus DNADiferentes partes do genoma podem evoluir emritmos diferentes
  22. 22. Diversidade durante a replicação viralRNA polimerase não possui mecanismoeditor; o erro intrínseco é alto, entre ~10-4 e 10-3Recombinação homóloga ou não-homóloga pode ocorrer entre vírusRNA e DNA
  23. 23. Evolução viralSubstituição de baseDeleções e inserçõesCriação de genes de novo?Criação de genes em fases de leiturasobrepostas?Recombinação– Duplicação de genes– Aquisição de genes dos hospedeiro?– Troca de região codante por não codante e posterior ganho de função
  24. 24. Agrupar os vírus?Embora grupamentos de vírus RNApossam ser individualizados, a grandediversidade de seqüências torna difícil aconstrução de árvores com todos os vírusRNANa maioria dos casos não há indícios desimilaridades entre os genomas alémdaqueles esperados ao acasoA recombinação é um fator complicadorna reconstrução filogenética dos vírus RNA
  25. 25. Aumento da diversidadeRecombinaçãoAumento da diversidade genéticaTrechos previamente selecionadosEncontro de duas histórias evolutivas em umúnico genomaResgate de genomas defectivosSobrevivência de populações sobre alta pressãoseletiva emutacional
  26. 26. Recombinaçao e EvoluçãoRecombinação e EvoluçãoPode acontecer entre vírus diferentes, até mesmode genoma RNA e DNA produzindo novos vírusRecombinação pode produzir combinações novasde genes fundamentais que podem compor novosvírusGenomas podem ser vistos como uma série demódulos funcionais (módulos de capsídeo, depolimerases) que podem ser trocados entreoutros vírus e genes celularesPotivírus de plantas possuem genes originários de4 famílias distintas
  27. 27. Polifilia e monofilia na evoluçao dos virus A genômica comparativa não oferece evidência para uma origem monofilética de todos os vírus. Muitos grupos de vírus não possuem genes em comum, descartando a possibilidade de origem comum.
  28. 28. Entretanto:Há a monofilia de grandes classes de vírusincluindo muitos vírus RNA e vírus complexoscom genoma DNA pode ser demonstrada.Classes monofiléticas cruzam barreiras comotipo do ácido nucleico e estratégias replicativas.Ex. A classe dos retróides inclui tanto vírus RNAe DNASugere-se que os vírus descendem delinhagens distintas.
  29. 29. História Natural dos GenesGenes com homólogos detectáveis em formas devida celularesGenes com homólogos altamente correlacionadospresentes em organismos celulares (na espéciehospedeira destes vírus) presentes em um gruporestrito de vírusGenes virais que possuem homólogos celularesdistantes.
  30. 30. História Natural dos Genes ViraisGenes específicos dos vírusORFans, ou seja, genes sem homólogosdetectáveis, com exceção provável em vírusaltamente correlacionados.Genes específicos de vírus restritos e conservadosmas que não possuem homólogos em formas devida celulares.Genes virais assinaturaGenes presentes em classes diversas de vírus
  31. 31. Testemunha do mundo primitivo Estes genes virais tão difundidos no mundo viral (encontrados em muitosmas não em todos vírus) são verdadeiras assinaturas virais.
  32. 32. Proteínas em vírusAs duas proteinas mais difundidas entre osdiferentes virus:jelly-roll capsid protein (JRC) e asuperfamília 3 helicase (S3H).Estas duas proteinas cruzam os limitesentre vírus RNA e DNA e estão presentesem um número impressionante de gruposvirais, desde os menores vírus de genomaRNA de fita positiva até os grandes vírusDNA núcleo-citoplasmáticos (NCLDV),como o gigante mimivirus.
  33. 33. Hipóteses para a existência edifusão de genes virais assinatura.1. São uma herança do último ancestral comum atodos os vírus "last universal common ancestor ofviruses" (LUCAV). Implicando na origemmonofilética de todos os vírus mas com evoluçãosubsequente envolvendo perda e aquisiçãomassiva de genes de hospedeiro.2. Origem polifilética e difusão de genes viraisassinatura através de transferência horizontal degenes (HGT).
  34. 34. Modelo de origem e evolução viralGenes assinatura viral estão presentes em vários vírus enão em células.Antecedem a formação das células e estariam presentesem um pool genético primordial descendente de formasprimordiais auto replicativas.A ampla distribuição de genes assinatura no mundo viralsugere que a maioria das linhagens virais atuaisdescendem deste pool primordial em estágio pré-celular.Existência de um mundo viral ancestral, com fluxoininterrupto de informação genética entre diversoselementos selfish que continua desde os estágios pré-celulares aos dias de hoje.
  35. 35. As grandes hipóteses da origem
  36. 36. A evolução do mundo viral:origem das suas principaislinhagens desde o poolgenético primordial.As setas finas indicam o fluxogênico entre os diferentescompartimentos e as setastracejadas a emergência dasclasses de vírus em diferentesmomentos da evlução da vidapré-celular.
  37. 37. Recentemente foi proposto que o núcleo celular teria umaorigem viral. O aparecimento do núcleo que diferencia ascélulas procariotas e eucariotas não pode ser explicado comoo resultado de um processo gradual de adaptação das célulasprocariotas até se tornarem eucariotas.O núcleo poderia ter evoluido de um vírus de genoma DNAque persistiu permanentemente em uma célula procariota.O suporte para esta idéia é a maior similaridade das DNApolimerases eucariotas e procariotas com as DNApolimerases virais do que entre elas.. O DNA e a habilidadede copiar DNA não teria surgido nas células mas nos seusparasitas.Os vírus então deveriam existir antes da consolidação davida celular no planeta.
  38. 38. E a história continua...

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