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 populações Mudanças na estrutura gênica através do tempo

Estrutura genética Freqüências genotípicas Freqüências alélicas rr = branca Rr = rosa RR = vermelha

Estrutura genética Freqüências genotípicas Freqüências alélicas Total = 1000 flores Freqüências genotípicas 200/1000 = 0.2 rr 500/1000 = 0.5 Rr 300/1000 = 0.3 RR 200 = branca 500 = rosa 300 = vermelha

Estrutura genética Freqüências genotípicas Freqüências alélicas Total = 2000 alelos Freqüências alélicas 900/2000 = 0.45 r 1100/2000 = 0.55 R 200 rr = 400 r 500 Rr = 500 R 500 r 300 RR = 600 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 GG 160/400 = 0.40 Gg 140/400 = 0.35 gg 260/400 = 0.65 verde 140/400 = 0.35 amarelo 360/800 = 0.45 G 440/800 = 0.55 g Freqüência genotípica: Freqüência fenotípica Freqüência alélica 0.65 260

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 0.25 0.40/2 = 0.20 0.40/2 = 0.20 0.35 360/800 = 0.45 G 440/800 = 0.55 g OU [0.25 + (0.40)/2] = 0.45 [0.35 + (0.40)/2] = 0.65 G g G g

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:

O Genética de populações? Freqüência genotípica Freqüência alélica Porquê a variação genética é importante? Como a estrutura genética muda?

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 global Sobrevivência

Porquê a variação genética é importante? variação não variação norte sul norte sul

Porquê a variação genética é importante? variação não variação divergência NÃO DIVERGÊNCIA!! norte sul norte sul

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 Leva à adaptação diferenças no “fitness”

Seleção Natural Resistência à sabão bactericida 1 ª geração: 1,00 não resistente 0,00 resistente

Seleção Natural Resistência à sabão bactericida mutação! 1 ª geração: 1,00 não resistente 0,00 resistente 2 ª geração: 0,96 não resistente 0,04 resistente

Seleção Natural Resistência à sabão bactericida 1 ª geração: 1,00 não resistente 0,00 resistente 2 ª geração: 0,96 não resistente 0,04 resistente 3 ª geração: 0,76 não resistente 0,24 resistente

Seleção Natural Resistência à sabão bactericida 1 ª geração: 1,00 não resistente 0,00 resistente 2 ª geração: 0,96 não resistente 0,04 resistente 3 ª geração: 0,76 não resistente 0,24 resistente 4 ª geração: 0,12 não resistente 0,88 resistente

Seleção Natural pode causar divergência em populações divergência norte sul

Seleção sobre os alelos da anemia falciforme aa – ß hemoglobina anormal Anemia falciforme Baixo fitness Médio fitness Alto fitness 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 RR 8 rr 2 RR 6 rr Antes: Depois: 0.50 R 0.50 r 0.25 R 0.75 r

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: Descrição da variação fenotípica Tradução dos fenótipos em termos genéticos 0,452 0,548 0,204 0,495 0,301 Nigerianos 0,425 0,575 0,182 0,486 0,332 Chineses 0,450 0,550 0,196 0,507 0,297 Alemães 0,477 0,523 0,233 0,489 0,278 Egípcios 0,824 0,176 0,672 0,304 0,024 Aborígines australianos 0,087 0,913 0,009 0,156 0,835 Esquimós q (N) p (M) NN MN MM População Freqüências alélicas Genótipo

Variação fenotípica Contínua Descontínua

Polimorfismo cromossômico Padrões de inversão: ST – Standard AR – Arrowhead CH - Chiricahua

Variação genética em nível molecular Aplicação de eletroforese 33 104 Totais - - 3 5. Isomerases 30 3 10 4. Liases 34 13 38 3. Hidrolases 34 10 29 2. Transferases 29 7 24 1. Oxirredutases % de Loci Polimórficos Loci Polimórficos Número de loci estudados Tipo de enzima

Freqüências alélicas Cálculo da freqüência: incidência de cada alelo dentre todos os observados Número total de alelos na amostra: 2 x 6129 = 12258 Freqüência do alelo LM: [(2 x 1787) + 3039] / 12258 = 0,5395 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 1303 L N L N N 3039 L M L N MN 1787 L M L M M Número de pessoas Genótipo Tipo sanguíneo

Freqüências genotípicas: teorema de Hardy-Weinberg Qual valor preditivo das freqüências alélicas? ovócitos espermatozóides 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. aa q 2 Aa pq a (q) Aa pq AA p 2 A (p) a (q) A (p) q 2 aa 2pq Aa p 2 AA Freqüência Genótipo

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 = p 2 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 = q 2 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 p 2 + 2pq + q 2 = 1

Aplicações do princípio de Hardy-Weinberg A população observada está em equilíbrio de Hardy-Weiberg? p = 0,5395 q = 0,4605 Qui-quadrado = 0,0223 1303 L N L N N 3039 L M L N MN 1787 L M L M M Número de pessoas Genótipo Tipo sanguíneo q 2 = (0,4605) 2 = 0,2121 L N L N 2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968 L M L N p 2 = (0,5395) 2 = 0,2911 L M L M Freqüência de Hardy-Weinberg Genótipo 0,2121 x 6129 = 1300,0 L N L N 0,4968 x 6129 = 3044,8 L M L N 0,2911 x 6129 = 1784,2 L M L M Número previsto Genótipo

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: 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: Cerca de 2% da população são previstas como portadores heterozigotos q 2 = 0,0001 q = √0,0001 = 0,01 Freqüência de portadores = 2pq = 2 (0,99) (0,01) = 0,019

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 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 Daltônico q 2 = 0,02 cc Visão normal 2pq = 0,21 Cc Visão normal p 2 = 0,77 CC Mulheres Daltônico q = 0,12 c Visão normal p = 0,88 C Homens Fenótipo Freqüência Genótipo Sexo

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 = p 2 + q 2 + r2 + 2pq + 2qr + 2pr r 2 I O I O O 2pq I A I B AB 2qr I B I O q 2 I B I B B 2pr I A I O p 2 I A I A A Freqüência Genótipo Tipo sanguíneo

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