Apresentação do PowerPoint

Ligação e Recombinação Gênica
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Miguel H.A. Santana
[email protected]
Genética Básica e Evolução (ZVM 0215)
Quarta, 21 de Setembro– 2016
Visão geral
• Meta
Importância dos princípios que regem a diversidade genética e o mapeamento para
os genes e regiões de interesse nos cromossomos do genoma.
• Objetivos
Mecanismos de ligação e recombinação gênica na origem da diversidade genética e
construção de mapas e QTLs.
• Pré-requisitos
Conhecimento acerca das Leis de Mendel (1ª e 2ª).
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Visão geral
Diversidade biológica = características morfológicas e fisiológicas
Resposta às mudanças ambientais
Diferentes conjuntos de alelos = maior variabilidade de resposta
Sobrevivência, regeneração,
duplicação e reprodução
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Visão geral
2 dos mecanismos genéticos originam a diversidade:
• Segregação independente
• Recombinação genética
Ambos ocorrem durante a divisão celular meiótica (prófase da meiose I).
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Visão geral
Segregação aleatória dos alelos (1ª lei de Mendel):
Gregor Mendel, 1885
Proporção dos Alelos esperados
¼ AA, ¼ Aa, ¼ aA e ¼ aa
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Visão geral
Segregação independente (2ª lei de Mendel):
Gregor Mendel, 1885
Proporção dos Alelos esperados
¼ AB, ¼ Ab, ¼ aB e ¼ bb
Herança de A é independente de B
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Visão geral
Segregação independente (2ª lei de Mendel):
Gregor Mendel, 1885
Proporção 1:1:1:1
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Visão geral
Porém descobriu-se que:
• Nem todos os alelos são herdados independentemente,
• Existem mais genes que cromossomos,
• Mais de um gene por cromossomo.
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Visão geral
Cada espécie possui de centenas a
milhares de genes,
Cada cromossomo carrega as
informações sobre um grupo deles
(grupos de ligação),
Ex: Bovinos têm 29 grupos autossômicos
de ligação, um grupo de ligação do
cromossomo X e um do Y.
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Introdução
Histórico
Ligação Gênica - Linkage
Ligação genética = muitos genes em um mesmo cromossomo
Nem sempre são herdados juntos, varia conforme a distância entre eles
Essa distância determina o comportamento independente ou ligado
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Introdução
Histórico
Bateson e Punnet - 1905
Após as descobertas de Mendel, diversos experimentos foram realizados
com diferentes modelos (animais e vegetais) por outros cientistas.
Em 1905, Bateson e Punnett cruzaram ervilhas com 2 traços diferentes:
- Cor da flor (púrpura (P) ou vermelha (p))
- Forma do grão (longo (L) ou redondo (l))
Esperava-se proporção 9:3:3:1 na geração F2, porém encontraram um
resultado que não souberam explicar
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Introdução
Histórico
Bateson e Punnet - 1905
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Introdução
Histórico
Thomas Hunt Morgan - 1903
Morgan e colaboradores estudaram cruzamentos de Drosophila
melanogaster e constataram padrões diferentes da 2ª lei de Mendel.
Foram estudadas 2 características autossômicas:
- Cor dos olhos (vermelho (pr+) ou púrpura (pr))
- Tamanho da asa (normal (vg+) ou vestigial (vg))
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Introdução
Histórico
Thomas Hunt Morgan - 1903
Parentais
Recombinantes
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Introdução
Histórico
Thomas Hunt Morgan - 1903
Morgan e colaboradores constataram que os genes estavam fisicamente
ligados no mesmo cromossomo.
Genes que estão juntos no mesmo cromossomo podem não segregar de
modo independente.
Se há ligação entre eles, como apareceram combinações novas
(diferentes dos parentais)?
Em 1909, Janssens descobriu o crossing over
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Recombinação gênica
A ligação pode ser completa e parcial.
Parcial quando ocorre recombinação.
A forma na qual os alelos estão dispostos no cromossomo determina sua
nomenclatura:
CIS pode ser chamada de Associação
TRANS de Repulsão
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Recombinação gênica
O processo de crossing over (permuta) permite a recombinação gênica.
Ocorre durante a prófase I da meiose no estágio bivalente (troca de
pedaços de DNA) nos cromossomos homólogos.
Na recombinação entre as cromátides, se formam os quiasmas que
comprovam citologicamente do crossing over.
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Recombinação gênica
O crossing over pode ocorrer uma ou várias vezes a cada divisão no
cromossomo.
A frequência da recombinação não é constante no genoma e pode ser
influenciada por fatores globais e locais.
Mede a força da ligação entre os genes  + Próximo – Recombinação
Frequência de recombinação nunca ultrapassa 50% (cromossomos
diferentes, segregam independentemente, não ligados)
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Recombinação gênica
Parental
Recombinantes
Parental
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Ligação e Recombinação
Parentais são as cromátides que não se recombinaram, as demais são
chamadas Recombinantes.
Para detectar a ligação gênica e, assim determinar as recombinações,
utiliza-se o Retrocruzamento.
Para diferenciar genes ligados (Morgan) dos independentes (Mendel),
utiliza-se a grafia AB/ab ou (AaBb) para os genes ligados.
A existência de ligação pode verificada por teste de qui-quadrado.
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Ligação entre dois genes
Teste do qui-quadrado para relações genéticas com a hipótese de não
haver ligação entre os genes ou que há ligação:
H0 – os genes não estão ligados (seguem herança mendeliana)
H1 – os genes estão ligados
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Ligação entre dois genes
Valor do qui-quadrado tabelado considerando 1% e 3
graus de liberdade = 11,34.
Os genes estão ligados?
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Ligação (Linkage)
Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Ligação entre dois genes
Valor do qui-quadrado tabelado considerando 1% e 3
graus de liberdade = 11,34.
75,76 > 11,34  Rejeita H0, os genes estão ligados
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Tipos e formas de ligação
Frequência de recombinação
Exemplos
Cálculo da frequência de recombinação
Quem são os parentais?
Qual a frequência de recombinação?
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos
Morgan et al. possibilitaram relacionar a frequência de recombinação com
distância entre os alelos.
Construção de mapas físicos dos cromossomos.
O método básico de mapeamento gênico foi desenvolvido por Alfred
Sturtevent, aluno de Morgan.
Distância entre os alelos pela ocorrência de crossing over
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos
Uma unidade de mapa genético (m.u.) é a distância entre
os alelos para o qual um produto de meiose (%) é
recombinante.
Frequência de recombinação de 0,01 ou 1% é definido
como 1 m.u.
Em homenagem a Morgan, m.u. ficou mais conhecido
como centimorgan (cM).
O mapa geralmente é representado de maneira linear.
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos
Usando os dados obtidos por Morgan
Qual a distância entre os genes da cor do
olho e do formato da asa?
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos
Usando os dados obtidos por Morgan
A distância entre os dois genes é de 10,74 cM
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
Sturtevant estudou 3 características:
sc: falta de cerdas no tórax
ec: área de olho irregular
vg: pelos vestigiais
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
Construam o mapa genético para os
três alelos estudados por
Sturtevant
Dica: dois loci por vez
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Recombinação (Crossing over)
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Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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Recombinação (Crossing over)
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Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos – Multi loci
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Exemplos
Mapas genéticos
Mapa genético do tomate (1952)
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
QTLs
Loci de característica quantitativa – QTL (quantitative trait loci).
Uso de marcadores genéticos/moleculares para identificação de regiões
genômicas potencialmente associadas com características quantitativas.
Melhor entendimento da interação entre o genótipo e fenótipo.
Identifica regiões para construção de marcadores para serem utilizados na
seleção de características fenotípicas relevantes.
Dificuldade na posição exata e na quantificação do seu efeito.
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Recombinação (Crossing over)
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Histórico
Atualmente
Qualitativo vs Quantitativo
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
QTLs
Mapear um QTL significa, além de identificar sua posição no genoma,
estimar os efeitos genéticos: aditivo, dominância, epistasia...
Sax (1923) verificou a associação entre o tamanho de sementes e padrões e
coloração do tegumento (primeira ideia de mapeamento de QTLs)
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
QTLs
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
QTLs
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
QTLs
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
“”””Intensidade de associação””””
QTLs
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Evolução da biologia molecular
Nas últimas duas décadas evoluiu-se rapidamente nas técnicas de biologia
molecular
O sequenciamento dos genomas base-a-base permitiu essa aceleração e a
construção de painéis de marcadores densos (SNPs)
Surgimento e evolução dos “Bead Chips”:
- 96 SNPs
- 384 SNPs
- 54000 SNPs
- 777000 SNPs
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Evolução da biologia molecular
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Evolução da biologia molecular
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Evolução da biologia molecular
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Recombinação (Crossing over)
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
•
•
•
•
•
•
•
Teste de paternidade
Identificação de genes ligados a características produtivas
Rastreabilidade
Nutrigenômica
Seleção assistida por marcadores
Estudos de associação de amplo genoma
Seleção genômica
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Atualmente
Genômica e a produção animal
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Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
Detecção de QTLs
-
Painéis de alta densidade
Sequenciamento completo do genoma
Sequenciamento de exomas
Sequenciamento de RNAs  eQTLs
Metabólitos  mQTLs
Etc....
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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Recombinação (Crossing over)
Elaboração de Mapas Cromossômicos
QTLs e sua detecção
Histórico
Atualmente
Genômica e a produção animal
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Conceitos para pesquisar e aprender
Buscar as definições e aplicações de:
-
Desequilíbrio de ligação
Cruzamento teste
Marcadores microssatélites vs SNPs
Genes/alelos causais
Haplótipos
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Obrigado pela atenção
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