Genética comparativa em gramíneas

(1)

Genética comparativa em gramíneas

Gen

é

tica comparativa em gram

í

neas

Programa de Pós-Graduação em

Genética e Melhoramento de Plantas

Programa de Pós-Graduação em

Genética e Melhoramento de Plantas

LGN 5799 – SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE

PLANTAS

LGN 5799 – SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE

PLANTAS

Departamento de Genética

Avenida Pádua Dias, 11 – Caixa Postal 83, CEP:13400-9710 – Piracicaba – São Paulo – Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 – Fax: (0xx19) 3433-6706 – http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

Aluna: Fátima Bosetti

(2)

Estudos das rela

ç

ões entre genomas:

Mapeamento

comparativo

;

Organiza

ç

ão

de genes

em

pequenas

regiões

cromossômicas

;

Sequência

de DNA;

Introdução

Introdu

ç

ão

Gramíneas: Modelo em genética e genômica

comparativa.

Gram

í

neas: Modelo em gen

é

tica e

genômica

comparativa.

(3)

Introdução

Introdu

ç

ão

Relação filogenética entre as gramíneas

Poaceae Gramene, 2009

Família Poaceae:

Mais de 10000 espécies

descritas;

Genoma variável

Arroz: diplóide – 12

cromossomos e genoma

~ 430 Mb;

Trigo: hexaplóide – 7

cromossomos e genoma

~ 17000 Mb.

Família Poaceae:

Mais de 10000 espécies

descritas;

Genoma variável

Arroz: diplóide – 12

cromossomos e genoma

~ 430 Mb;

Trigo: hexaplóide – 7

cromossomos e genoma

~ 17000 Mb.

Oryza sativa Zizania palustris Triticum aestivum Hordeum vulgare Secale cereale Avena sp. Brachypodium distachyum Zea mayz Sorghum bicolor Setaria italica Pennisetum glaucum

(4)

Keller & Feuillet, 2000

Diferentes níveis de conservação entre os genomas das gramíneas.

Introdução

Introdu

ç

ão

(5)

At

é

o fim dos anos 80

–

pesquisas

desenvolvidas em paralelo para as esp

é

cies;

Mapeamento comparativo

uso da an

á

lise de

“

blocos de liga

ç

ão

”

do genoma do arroz.

Histórico

Hist

(6)

Conservação - Trigo hexaplóide

Conserva

ç

ão

-

Trigo

hexapl

ó

ide

Primeira demonstração de colineariedade em gramíneas:

entre os 3 genomas de Trigo hexaplóide

Localização de locos nos cromossomos de trigo detectados com uma sonda RFLP “homóloga” (a), uma sonda RFLP “não homóloga” (b), um microssatélite (c), e suas posições no mapa dos cromossomos 3 dos genomas A, B e D de trigo

hexaplóide.

(7)

Conservação – Tribo Triticeae

Conserva

ç

ão

–

Tribo

Triticeae

Devos & Gale, 1997

Extensão da compara

ç

ão para cevada e centeio.

Hibridização de uma sonda cDNA de trigo, PRS129, com a variedade de trigo Chinese spring (CS), linhagens de trigo nulissômicas-tetrassômicas (N7A, N7B, N7D), cevada (cv. Betzes), um anfiplóide trigo/centeio (CS/Imperial), um anfiplóide CS/Ae. umbellulata, e linhagens de adição trigo/cevada (CS/H), trigo/centeio (CS/R) e trigo/Ae. umbellulata (CS/U).

(8)

Expandindo fronteiras de tribo

Hibridização de sondas em espécies da tribo Triticeae, e em Lolium perenne, Zea mays e Pennisetum glaucum.

(9)

Primeiros relatos de sintenia em cereais

Primeiros relatos de

sintenia

em cereais

Arroz e Milho

(

Ahn

&

Tanksley

, 1993);

Milho e Trigo

(

Devos

et

al., 1994);

(10)

Mapas de ligação de arroz (a) e milho (b) construídos com marcadores RFLP. a)

(11)

Colineariedade entre o cromossomo 4 de arroz e os cromossomos 2 e 10 de milho

(12)

Primeiro mapa consenso das gramíneas

Primeiro mapa consenso das gram

(13)

Sugestão de 19

“

blocos de liga

ç

ão

”

do arroz

An

á

lises expandidas para

Setaria

italica

,

Sorghum

bicolor

e

Saccharum

spp

.

Primeiro mapa consenso das gramíneas

Primeiro mapa consenso das gram

í

neas

(14)

Primeiro mapa consenso das gramíneas. Triticeae Zea mays Sorghum bicolor Saccharum spp Setaria italica Oryza sativa

(15)

Mapa consenso de gramíneas – atualização

Mapa consenso de gram

(16)

Nove espécies descritas por 25 blocos de ligação Avena Triticeae Zea Sorghum Saccharum Setaria Oryza

(17)

Mapa consenso de gramíneas - atualização

Mapa consenso de gram

(18)

Avena Triticeae Zea Pennisetum Sorghum Saccharum Setaria Oryza

(19)

Devos e Gale, 2000

Duas espécies da tribo Paniceae (Setaria italica e Pennisetum

glaucum

) descritas por 25 blocos de ligação do arroz

Relações entre os genomas de Oryza sativa, Setaria italica e Pennisetum glaucum.

Pennisetum glaucum

Setaria italica Oryza sativa

Rearranjos em Pennisetum em relação ao arroz

Rearranjos em

(20)

Devos e Gale, 1997

Mapeamento de genes em posições ortólogas

Mapeamento de genes em posi

ç

ões

ort

ó

logas

Genes ortólogos entre trigo, miho e arroz.

Teor de

Teor de amiloseamilose

AP

Grão Grão vermelho vermelho Florescimento Florescimento Deiscência Deiscência Ausência Ausência de l de líígulagula

Trigo

Milho

Arroz

(21)

Exceções quanto à Ortologia e Colineariedade

Exce

ç

ões quanto

à

Ortologia

e

Colineariedade

Mapeamento comparativo de genes de resistência em arroz, cevada e Setaria italica. Cevada

Arroz

(22)

Exceções quanto à Ortologia e Colineariedade

Exce

ç

ões quanto

à

Ortologia

e

Colineariedade

Falta de colineariedade entre trigo e arroz para o gene de resistência à ferrugem da folha do trigo (Lr1).

(23)

Sequenciamento do genoma do arroz

Sequenciamento

(24)

Novas informa

ç

ões e adi

ç

ão de esp

é

cies no mapa

Mapa consenso de gramíneas - atualização

Mapa consenso de gram

(25)

Aumento da resolu

ç

ão dos mapas comparativos

Mapa consenso de gramíneas - atualização

Mapa consenso de gram

(26)

Trigo e arroz

(27)

Trigo e arroz

(28)

Macrocolineariedade entre os cromossomos de milho (Zm 1-10) e de arroz (Os 1-12).

Milho e arroz

(29)

Milho e arroz

Macrosintenia entre os cromossomos do milho e suas respectivas regiões ortólogas em arroz

Milho Arroz

Duplicações dentro do genoma do arroz são mostradas por pares de cromossomos circulados. Regiões colineares identificadas em arroz estão em vermelho.

(30)

Macrocolineariedade entre os cromossomos 1 e 5 de arroz e 3, 6 e 8 de milho.

Milho e arroz

(31)

Mapa consenso de gramíneas - atualização

Mapa consenso de gram

(32)

(33)

Facilitando a comparação de genomas

Facilitando a compara

ç

ão de genomas

Sequências

de arroz e sorgo

Mapa f

(34)

Recentemente:

Critérios no alinhamento de sequências

e análises estatísticas sistemáticas;

Análises comparativas em mais de dois

genomas permitem elucidar a natureza da

mudança nas sequências que ocorreram

durante a evolução das gramíneas (

Wei et

al., 2007; Salse., 2008).

Facilitando a comparação de genomas

Facilitando a compara

(35)

Facilitando a comparação de genomas

Facilitando a compara

(36)

Cromossomos do arroz C ro m o ss o m o s d o m ilh o

(37)

(38)

Mudanças do número de cromossomos durante a especiação dos cereais. Genoma do milho _{Reconstrução cromossômica} _{Progenitor do milho}

Ancestral dos cereais

(39)

(40)

Regiões ortólogas entre arroz e trigo - a) Representação esquemática de treze regiões ortólogas

identificadas entre os cromossomos do arroz (r1-r12) e do trigo (w1-w7). b) Representação esquemática de ortólogos identificados entre o cromossomo 3B do trigo (w3B) e o cromossomo 1 do arroz (r1).

(41)

Ortologia e duplicações compartilhadas entre os genomas de arroz, milho, trigo e sorgo. Cromossomos

Cromossomos Arroz

(42)

Duplicações compartilhadas entre arroz e trigo. a) Representação esquemática das sete duplicações compartilhadas entre as duas espécies. (Regiões parálogas e ortólogas são representadas com a mesma cor). b) Representação esquemática das duplicações compartilhadas entre os cromossomos 5 e 1 de arroz e 1B e 3B do trigo.

(43)

Modelo proposto por Salse et al. (2008) para a evolução estrutural dos genomas de arroz, trigo, sorgo e milho de um ancestral comum com n = cromossomos.

(44)

Mapa consenso de gramíneas - atualização

Mapa consenso de gram

(45)

Colineariedade entre os cromossomos de espécies das subfamílias Ehrhartoideae (arroz), Pooideae (trigo, cevada) e Panicoideae (sorgo, milho) .

Arroz

(46)

(47)

Acréscimo do genoma ancestral dos cereais no mapa. Os cromossomos das espécies da tribo Triticeae (T), milho (m), sorgo (s) e arroz (r) são representados como círculos concêntricos de acordo com o tamanho do genoma, com o genoma do arroz localizado mais próximo do.genoma ancestral ao centro.