Quantitative Trait Locus - IC

ANÁLISE GENÔMICA, MAPEAMENTO E
ANÁLISE DE QTLs
João Meidanis
Scylla Bioinformática e UNICAMP
III Congresso Brasileiro de Melhoramento de Plantas
Gramado, RS
Maio 2005
MINI-CURSO - AGENDA
1. Primeiro Dia (10/05)
1. Genética Clássica e Genômica
2. Seqüenciamento de Genomas
2. Segundo Dia (11/05)
1. Análise de Genomas
2. Marcadores Moleculares
3. Terceiro Dia (12/05)
1. QTLs
2. Mapas Genéticos
3. Mapeamento de QTLs
QTL (Quantitative Trait Locus)
1.
Região do genoma que afeta uma característica quantitativa
2.
Generaliza o conceito de gene
3.
1.
Herdado de maneira simples (Mendeliana)
2.
Afeta um traço fenotípico
Pode corresponder a:
1.
Um gene
2.
Um grupo de genes próximos que atuam em conjunto
3.
Uma região promotora
4.
Uma região reguladora
5.
Outros elementos genômicos
QTL (Quantitative Trait Locus)
ESMIUÇANDO A DEFINIÇÃO
1.
2.
3.
“Região do genoma”:
1.
Loco que possa ser acessado sem ambigüidade
2.
Menor trecho que afeta a característica
“Característica quantitativa”:
1.
Passível de medição objetiva
2.
Procedimento padrão para medir
3.
Resultado é número inteiro ou fracionário
“Afeta”:
1.
Loco contém elemento genômico (gene, promotor, inibidor, etc.)
2.
Este elemento genômico participa de algum processo celular que
contribui para a característica
3.
Diferentes variantes (alelos) do loco produzem modificação
mensurável na característica
QTL (Quantitative Trait Locus)
ESMIUÇANDO A DEFINIÇÃO
1.
Em adição, as seguintes suposições são feitas sobre as
características quantitativas:
1.
Dependem de muitos locos
2.
Cada loco contribui uma fração, em geral pequena, da variação
total
3.
Os efeitos dos diferentes locos são aproximadamente aditivos
QTL (Quantitative Trait Locus)
INTERESSE PARA MELHORAMENTO
1.
Permitem previsões sobre o fenótipo baseadas no genótipo
2.
Fenótipo só disponível após certo tempo, ou mesmo não
disponível em todos os casos
3.
Genótipo é disponível a partir da concepção do indivíduo
4.
Custo das técnicas laboratoriais para genotipagem pode ser
uma barreira
QTL (Quantitative Trait Locus)
FATORES ADICIONAIS A CONSIDERAR
1.
Herdabilidade
1.
Porcentagem da variância da característica numa população
devida à genética
2.
Restante da variação é devida ao ambiente
3.
Quanto mais baixa a herdabilidade, mais difícil de melhorar por
via genética
2.
Epistasia
1.
Interação genética pela qual o efeito combinado de dois ou mais
QTLs é superior à soma dos efeitos individuais
QTL (Quantitative Trait Locus)
HERDABILIDADE
Vp = variação total numa população
Vg = variação devida a fatores genéticos
Ve = variação devida a fatores ambientais
Vp = Vg + Ve
Herdabilidade = Vg / Vp
Para a maioria das características de interesse agronômico ou médico, a
herdabilidade é inferior a 50%, amiúde bem menor que isso
QTL (Quantitative Trait Locus)
TESTES COM UM ÚNICO MARCADOR
1.
Questão: há ligação entre QTL e um dado marcador?
2.
Planejamento do experimento
3.
4.
1.
Decidir delineamento (linhagens, retrocruzamento, F2, etc.)
2.
Decidir tamanho da amostra
Testes estatísticos que podem ser usados
1.
ANOVA
2.
Regressão
3.
Teste t
4.
Chi-quadrado
Problema: mistura magnitude do efeito com distância entre
QTL e marcador
QTL (Quantitative Trait Locus)
MAPEAMENTO POR INTERVALOS
1.
Requer mapa genético
marcas
cromossomo
probabilidade de recombinação
Função de Haldane
distância genética (cM)
proporcional?
pares de base
QTL (Quantitative Trait Locus)
MAPEAMENTO POR INTERVALOS
Mapa genético vs. Mapa físico
Fonte: AccessExcellence, website, 2005.
QTL (Quantitative Trait Locus)
CONSTRUÇÃO DE MAPA GENÉTICO
pai
mãe
A
B
filhos
A
A
B
A
B
Recombinante
freqüência deste evento reflete distância entre A e B
QTL (Quantitative Trait Locus)
MAPEAMENTO POR INTERVALOS
1.
Mapa genético + Seqüência completa
2.
Exemplo: Arabidopsis thaliana
3.
Mapa no NCBI: At-maps.html
QTL (Quantitative Trait Locus)
EXEMPLO
1.
2.
3.
Condições:
1.
Marcador dialélico: M1, M2 são os alelos
2.
Organismo diplóide
Delineamento:
1.
Linhagens puras (essencialmente homozigóticas)
2.
Pais contrastantes (M1M1 vs. M2M2)
Avaliar indivíduos da população F2:
1.
Pai vs. Mãe Æ F1
2.
F1 vs. F1 Æ F2
QTL (Quantitative Trait Locus)
EXEMPLO
1.
2.
Coletar, para cada indivíduo de F2:
1.
Alelo do marcador
2.
Valor da característica quantitativa (fenotípicos)
Calcular, para cada genótipo possível (M1M1 , M1M2 , M2M2 ):
1.
A média dos valores fenotípicos
Genótipo
Média
M1M1
m11
M1M2
m12
M2M2
m22
diferença entre
médias dirá se
a marca está
ligada ao caráter
QTL (Quantitative Trait Locus)
REPETIDO PARA CADA MARCADOR
3,5
3
2,5
2
dif. médias
1,5
1
0,5
0
1
17
33
49
65
81
97 113
Baseado em: Kearsey, M.J. J. Exper. Botany, 49(327) 1619-1623, 1998.
QTL (Quantitative Trait Locus)
MAPEAMENTO POR INTERVALOS
1.
Mapeamento por intervalos simples
1.
Lander e Botstein, 1989: introduziram LOD scores e análise
de marcadores consecutivos ao invés de isoladamente
2.
2.
Problema: às vezes indica QTL “fantasma”
Mapeamento por intervalos composto
1.
Inclui o efeito de outros marcadores além dos que delimitam
o intervalo em questão (elimina “fantasmas”)
3.
Mapeamento por intervalos múltiplos
1.
Analisam-se simultaneamente QTL contidos em vários
intervalos
2.
Pode estimar, além dos valores genotípicos, a herdabilidade
de cada um e a epistasia entre eles
QTL (Quantitative Trait Locus)
MAPEAMENTO POR INTERVALOS
Mapeamento por
Intervalos simples
Mapeamento por
Intervalos composto
Produzido por: WinQTLCart, v.2.5, 2005.
Contato
website: www.scylla.com.br
e-mail: [email protected]
fone: +55 19 3783-9515
fax: +55 19 3783-9518
endereço: Rod. Anhanguera km 104 (Techno Park)
R. James Clerk Maxwell, 360
Campinas – São Paulo
Brasil
Scylla recebeu investimentos de
Parceiros