Biologia dos marcadores moleculares

1. Biologia dos marcadores moleculares Almir R. Pepato

2. Ácidos Nucléicos Pirimidina Purina

3. IUPAC Código formalizado pela International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) em1970.

4. RNA Nos vírus de RNA (fita simples ou dupla), funciona como material genético Mas também é capaz de produzir configurações espaciais complexas e com isso apresentar capacidade catalítica análoga às enzimas protéicas.

5. RNA

6. Mundo de RNA, hoje DNA RNA Proteínas Assumiram a maior parte das atividades catalíticas e estruturais das células. Armazenamento de informação rRNA, tRNA, mRNA, e muito mais:

7. DNA Polimerase

8. Mutações Bases nitrogenadas anômalas são uma das causas mais comuns de mutações pontuais.

9. Mutações

10. Transcrição

11. Processamento do mRNA O splicing alternativo pode constituir um importante mecanismo de evolução das proteínas, permitindo combinações originais de sítios funcionais.

12. Processamento do mRNA

13. Transcriptase reversa

14. Síntese protéica

15. Código genético Codifica para os 20 aminoácidos e códons de parada.

16. Questões para discussão 1- O DNA é um ácido nucléico. Sua carga elétrica é NEGATIVA, submetido a um campo elétrico, portanto, correrá do pólo NEGATIVO para o POSITIVO.

17. Questões para discussão 2- Transições são substituições entre pirimidinas ou entre purinas. Transversões são substituições de purinas por pirimidinas e vice-versa. Complete a matriz de custos abaixo, onde às transições é atribuído o custo 1 e às transversões valor 2. Na maioria das sequências as transições são mais frequentes que as transversões.

18. Questões para discussão 3- Qual das seguintes mutações afetando códons em uma proteína de um gene nuclear deve ter MENOS impacto sobre a aptidão do organismo? Seq. original: UUU UAU GAG CUU Phe Tyr Glu Leu Mutação 1: UUU UAU GUG CUU Phe Tyr Val Leu Mutação 2: UUU UAA GAG CUU Phe --- --- --- Mutação 3: - UUU AUG AGC UU... Phe Met Ser ... Mutação 4: UUC UAC GAGUUG Phe Tyr Glu Leu

19. Mutação Vs Substituição Mutação é um fenômeno químico. Produz novas versões dos genes. Substituição é um fenômeno populacional.

20. Mecanismos que levam à fixação de alelos Deriva gênica: No caso do aparecimento de uma nova mutação, m=1: Considerando uma taxa de mutação μ:

21. Mecanismos que levam à fixação de alelos Modelo Wright-Fisher para descrever a evolução por deriva gênica: Probabilidade de ter a mutação: Probabilidade de não ter a mutação: Isso dá uma distribuição binomial, com a probabilidade de termos n mutantes na geração seguinte de:

22. Mecanismos que levam à fixação de alelos Seleção natural, aptidão média: A probabilidade de que o gene mutante seja transmitido à nova geração é de: Agora basta substituir “a” no modelo de Wright-Fisher.

23. Coalescência Exemplo de um modelo simples: Em uma população em que todos os indivíduos apresentam o mesmo número médio de descendentes a probabilidade de um indivíduos compartilhar a mãe é de: Já a possibilidade de não compartilharem é de:

24. Coalescência A probabilidade de dois indivíduos compartilharem um dos pais a T gerações atrás é de : Ou: O tempo para a coalescência nas nossas condições inverossímeis é 2N.

25. Cenários para a evolução molecular

26. Princípios da genética molecular Revelou um nível de polimorfismo insuspeito. • Hubby e Lewontin, 1966; Harris, 1966

27. Relógio molecular Dickerson, 1971 Proporcional ao tempo absoluto.

28. Neutralismo • Taxa de substituição sob deriva: • k = 2Nμ * 1/2N = μ • E sob seleção: • k = 2N μ* 2s = 4N μs

29. Neutralismo Previsões da hipótese neutralista: 1- Relógio molecular proporcional ao tempo absoluto? (geracional) (pois proporcional à taxa de mutação). 2- Heterozigose alta, independente do tamanho populacional. 3- Divergência entre populações similar ao polimorfismo dentro das populações.

30. Heterezigose A taxa de heterozigose tipicamente é ao redor de 0.1 Se H=0.1, como H= 4Nµ / (4Nµ+1) 4Nµ ~ 0.1 Usando µ=5x10-8 Podemos nos perguntar: qual N necessário? O valor obtido é 500,000 que é razoável.

31. Heterozigose

32. Sob neutralidade: kN/kS = pN/pS kN/kS pN/pS Substituição/polimorfismo pN/pS

33. Sob seleção positiva kN/kS > pN/pS (Drosophila) kN/kS pN/pS Substituição/polimorfismo = subst. não sinônima pN/pS

34. Substituição/polimorfismo Sob modelo com mutações fracamente deletérias kN/kS < pN/pS (Humanos) kN/kS pN/pS = polim. não sinônimo pN/pS

35. Exemplo de baixo coeficiente de seleção

36. Hipótese quase-neutralista “A teoria quase neutra pode ser resumida da seguinte forma. Tanto a deriva genética como a seleção influenciam o comportamento de mutações fracamente selecionadas. A deriva predomina em populações pequenas, e a seleção em populações grandes. A maioria das novas mutações é deletéria, e a maioria das mutações de efeito pequeno devem ser muito fracamente deletérias. Há seleção contra essas mutações em populações grandes, mas se comportam como neutras e populações pequenas” Tomoko Ohta

37. Heterozigose

38. Estimativas de divergência A vida seria fácil com o relógio molecular...

39. Estimativas de divergência

40. Marcadores mais utilizados Almir R. Pepato

41. Definição de marcador molecular Uma sequência nucleotídica ou de aminoácidos detectável experimentalmente

42. Marcadores mais utilizados na literatura recente

43. Genes Ribossomais 27 de 64 artigos empregam sequências oriundas dos genes ribossomais Todos os genomas apresentam genes ribossomais (Procariotos, Mitocôndrias, Cloroplastos, Nucleares) Nos Eucariotos há várias cópias agrupadas em diversos cromossomos Metáfase de Serrasalmusserrulatus marcadas para o 18S (Nakayama et al, 2008)

44. Estrutura dos genes Ribossomais Nas mitocôndrias esses genes são ainda mais compactos: SSU: 12S LSU: 16S

45. Estrutura secundária

46. Estrutura secundária

47. Vantagens do emprego dos rDNA Primers conservados Múltiplas cópias, evolução concertada Poucos problemas de paralogia É um dos únicos marcadores que pode ser sequenciado em qualquer ser vivo A estrutura secundaria auxília no alinhamento das sequências e fornece outros caracteres.

48. Genes codificantes

49. Genes codificantes Dos trabalhos examinados, 64 utilizam sequências de genes codificantes. Oriundos dos genomas nucleares (24) ou de organelas (Mit.: 29, CP: 11) Dificuldades técnicas: Poucas cópias na amostra reduz a quantidade de substrato para a reação de PCR. Propriedades semelhantes aos dos genes ribossomais

50. Genes codificantes Exemplo de gene com multiplas cópias, com evidências de evolução concertada. A Histona H3 foi utilizada em um dos artigos examinados