biologia dos marcadores moleculares almir r. pepato
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Biologia dos marcadores moleculares
Almir R. Pepato
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Ácidos Nucléicos
Pirimidina Purina
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IUPACCódigo formalizado pela International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) em1970.
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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.
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RNA
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Mundo de RNA, hoje
DNA RNA Proteínas Armazenamento de informação
Assumiram a maior parte das atividades catalíticas e estruturais das células.
rRNA, tRNA, mRNA, e muito mais:
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DNA Polimerase
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Mutações
Bases nitrogenadas anômalas são uma das causas mais comuns de mutações pontuais.
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Mutações
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Transcrição
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Processamento do mRNA
O splicing alternativo pode constituir um importante mecanismo de evolução das proteínas, permitindo combinações originais de sítios funcionais.
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Processamento do mRNA
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Transcriptase reversa
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Síntese protéica
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Código genético
Codifica para os 20 aminoácidos e códons de parada.
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Questões para discussão1- O DNA é um ácido nucléico. Sua carga elétrica é NEGATIVA, submetido a um campo elétrico, portanto, correrá do pólo NEGATIVO para o POSITIVO.
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Questões para discussão2- 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.
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Questões para discussão3- 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
Mutação 2: UUU UAA GAG CUU
Mutação 3: - UUU AUG AGC UU...
Mutação 4: UUC UAC GAG UUG
Phe Tyr Val Leu
Phe --- --- ---
Phe Met Ser ...
Phe Tyr Glu Leu
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Marcadores mais utilizados
Almir R. Pepato
Marcadores mais utilizados
Almir R. Pepato
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Definição de marcador molecular
Uma sequência nucleotídica ou de aminoácidos detectável
experimentalmente
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Genes Ribossomais
Metáfase de Serrasalmus serrulatus marcadas para o 18S (Nakayama et al, 2008)
Todos os genomas apresentam genes ribossomais (Procariotos, Mitocôndrias, Cloroplastos, Nucleares)
Nos Eucariotos há várias cópias agrupadas em diversos cromossomos
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Estrutura dos genes Ribossomais
Nas mitocôndrias esses genes são ainda mais compactos:
SSU: 12SLSU: 16S
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Estrutura secundária
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Estrutura secundária
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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.
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Genes codificantes
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Genes codificantes
Dificuldades técnicas: Poucas cópias na amostra reduz a quantidade de substrato para a reação de PCR.
Propriedades semelhantes aos dos genes ribossomais
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Genes codificantes
Exemplo de gene com multiplas cópias, com evidências de evolução concertada.
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Genes codificantesAlternativa para a obtenção de genes de cópia simples: Transcriptase Reversa- PCR (Utilizado também para ESTs, apenas um artigo).
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ITS e outros introns
Os introns são regiões excluídas do mRNA graças ao mecanismo de splicing.
Como são regiões que não codificam proteínas estão menos sujeitas à seleção natural estabilizadora e assim acumulam mais substituições.
Geralmente empregados para recuperar histórias evolutivas recentes.
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DNA organelar
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DNA organelar
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DNA organelarFênomeno comum nos genomas mitocôndriais, o viés no emprego de nucleotídeos pode levar a erros nas inferências filogenéticas
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Mutação Vs Substituição
Mutação é um fenômeno químico. Produz novas versões dos genes.
Substituição é um fenômeno populacional.
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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:
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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:
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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.
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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:
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CoalescênciaA 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.
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Cenários para a evolução molecular
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Princípios da genética molecular
– Hubby e Lewontin, 1966; Harris, 1966
Revelou um nível de polimorfismo insuspeito.
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Relógio molecular
Dickerson, 1971
Proporcional ao tempo absoluto.
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Neutralismo
Taxa de substituição sob deriva: k = 2Nμ * 1/2N = μ
E sob seleção:k = 2N μ * 2s = 4N μ s
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NeutralismoPrevisões 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.
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Heterezigose
A taxa de heterozigose tipicamente é ao redor de 0.1
Se H=0.1, como H= 4Nµ / (4Nµ+1) 4Nµ ~ 0.1Usando µ=5x10-8
Podemos nos perguntar: qual N necessário?O valor obtido é 500,000 que é razoável.
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Heterozigose
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Substituição/polimorfismoSob neutralidade:kN/kS = pN/pSkN/kS
pN/pS
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Substituição/polimorfismo
Sob seleção positiva
kN/kS > pN/pS(Drosophila)
kN/kS
pN/pS
= subst. não sinônima
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Substituição/polimorfismo
kN/kS
Sob modelo com mutações fracamente deletérias
kN/kS < pN/pS(Humanos)
pN/pS
= polim. não sinônimo
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Exemplo de baixo coeficiente de seleção
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Hipótese quase-neutralista
Tomoko Ohta
“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”
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Heterozigose
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Estimativas de divergênciaA vida seria fácil com o relógio molecular...
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Estimativas de divergência