Gen Pop_ Fatores evolutivos e Endogamia (3)

alélica e genotípica de uma pop.

• q= nº homens / total • P= 1-q

Ex 1. Na pop de Curitiba, a frequência do gene para o daltonismo foi estimada em aproximadamente 6% dos homens. Supondo o Equilibrio de

Hardy-Weinberg, pede-se:

a) Qual a frequência de mulheres daltônicas?

b) Qual a frequência de mulheres que podem ter filhos daltônicos

Frequência alélica-

ligado ao X

1) A hemofilia é causada por um alelo recessivo ligado ao X. Em uma

determinada pop., a frequência de homens com hemofilia é 1/4000. Qual a frequência esperada de

mulheres com hemofilia?

q=0,00025 e q2 _{= 6,25x10}-8

2) Em Marrecos de Pequim uma fêmea em cada 100 exibe um caráter que resulta de um gene recessivo ligado ao sexo. Qual a

frequência de heterozigotos e homozigotos dominantes nesta população?

• População: conjunto de indivíduos da mesma

espécie, que ocupam o mesmo local,

apresentam continuidade no tempo e com capacidade de se acasalarem ao acaso

• Teorema de Hardy-Weinberg (1908) :

No equilíbrio: (p+q)2 _{= p}2 _{+2pq + q}2 _{e p+q=1}  cálculo das frequências alélicas

 freq. Alélica é mantida nas gerações posteriores

A genética de populações estuda a origem da variação, a transmissão das variantes dos genitores para a prole na geração seguinte, e as mudanças temporais que ocorrem em uma população devido a forças evolutivas sistemáticas e aleatórias.

- Porque alelos da hemofilia são raros em todas as populações humanas enquanto o alelo que causa anemia falciforme é tão comum em algumas populações africanas?

- Que mudanças esperar na frequência de anemia falciforme em uma população que recebe migrantes africanos?

- Que mudanças ocorrem em populações de insetos sujeitas à inseticida geração após geração?

Mudanças nas frequências alélicas e/ou frequências genotípicas através do tempo • mutação • migração • seleção • deriva genética • Casamento preferencial Fatores evolutivos

Seleção

“Eliminação de determinados genótipos da pop.”

Em razão disso, há alteração nas frequências alélicas e genotípicas

 população se afasta do equilíbrio H-W.

Seleção Natural

• indivíduos diferem em viabilidade e fertilidade, por isso contribuem com números diferentes de descendentes para a próxima geração

Seleção artificial (antrópica)

tem objetivo de melhoramento genético de populações, são selecionados os indivíduos que mais atendem às necessidade humanas

Seleção

Resistência a sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

Seleção

Resistência a sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

Seleção

Resistência a sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente

mutação!

2ª geração: 0,96 não resistente

Seleção

Resistência a sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente 2ª geração: 0,96 não resistente

0,04 resistente 3ª geração: 0,76 não resistente

0,24 resistente

Seleção

Resistência a sabão bactericida

1ª geração: 1,00 não resistente

0,00 resistente 2ª geração: 0,96 não resistente

0,04 resistente 3ª geração: 0,76 não resistente

0,24 resistente 4ª geração: 0,12 não resistente

Seleção sobre os alelos da anemia falciforme

na África

SS – ß hemoglobina anormal Anemia falciforme Baixo fitness Médio fitness Alto fitness AS– Ambas ß hemoglobinas resistente à malária AA – ß hemoglobina normal Vulnerável à malária

A seleção favorece os heterozigotos (AS)

Ambos alelos são mantidos na população (S em baixa frequência)

Anemia falciforme na África Ocidental

• Teste se a população abaixo encontra-se em equilíbrio

Classe observado H₀ esperado desvio desvio2 _desvio2

esperado AA 9.365 AS 2.993 SS 29 ∑=X2 ₌ X2_{= 175,114}

Genética de populações

Ex. No milho o gene Br₂ determina a planta normal e o gene br₂ planta braquítica.

Seja uma população de 1.000 plantas de milho em equilíbrio, com 190 plantas normais e 810 plantas braquíticas. Determine as frequências alélicas e

genotípicas da população br2(q)= 0,90 Br2(p)= 0,10 Br2Br2: 0,01 Br2br2:0,18 br2br2:0,81 Fatores Evolutivos

• Se o melhorista eliminar todas as plantas braquíticas, o que irá ocorrer com essa população com relação as frequências alélicas e genotípicas? Genótipos Frequências genotípicas Frequências alélicas (após seleção) Antes da

seleção Após a seleção

Br2Br2 p ₀2 _p 02 Br2br2 2. p ₀q ₀ 2. p ₀q ₀ br2br2 q ₀2 _---- totais 1 p ₀2_{+2. p} 0q 0

Questão- desafio: é mais fácil eliminar por seleção uma anomalia dominante ou recessiva da população?

• Depois de quantas gerações de

seleção conseguirei reduzir a

frequência de br₂ a 10%?

q1=0,4737 e p1= 0,5363

T=8.9 gerações

Qual a frequência do alelo br₂ (q) na população após a eliminação de todas as plantas do genótipo braquítico?

Seleção Natural em humanos???

• Apesar de a seleção natural ser menos rigorosa na espécie humana  melhoria das condições sanitárias e dos avanços da medicina

 apenas cerca de 30% dos zigotos alcançarão o estágio de indivíduos aptos a se reproduzir, porque se estima que:

 cerca de 30% das gestações são abortadas espontaneamente,

 5% delas são natimortos ou em óbito neonatal,  3% falecem na infância,

 20% sobrevivem até a idade adulta, mas não casam nem deixam descendentes e,

Seleção Artificial em Humanos -

Eugenia

• Por que a Eugenia não funciona?

• Eugenia=limpeza genética, tentativa de

melhora de características hereditárias em uma população

• Ex. albinismo oculocutâneo: 1/10.000

Quanto tempo levaria até reduzir a frequência do alelo defeituoso a metade?

Migração

• Quando indivíduos se movem de um local a outro levam seus genes com eles;

• A introdução de genes pode alterar

frequências alélicas e genotípicas em uma pop e perturbar o Eq. Hardy-Weinberg;

• Ex. duas pop. de igual tamanho separadas por uma barreira

Migração:

pop de mesmo tamanho

A 65% a 35% População unificada A 50% a 50% População 1 A 80% a 20% População 2 ?% ?% Na união de pop com

tamanhos iguais:

Nova freq alélicas=

média simples das frequências originais AA=0,25 Aa=0,50 aa=0,25 AA=0,64 Aa=0,32 aa=0,04

Migração:

pop de mesmo tamanho

A 65% a 35% População unificada Freq. Genotípica observada= média simples das freq. originais

AA=(0,25+0,32)/2  AA=0,445 Aa= (0,50+0,32)/2  Aa= 0,410 Aa= (0,25+0,04)/2  aa=0,145

Freq. Genotípica esperadas pelo princípio de Hardy-Weinberg: AA p2 ₌ Aa 2pq Aa q2 ₌ 0,4225 0,455 0,1225

O motivo da discrepância: as freq.

genotípicas observadas não foram criadas por reprodução aleatória

 A mistura de pop de reprodução

aleatória não gera uma pop em Eq. H-W

Lembrando: apenas uma geração de panmixia é

necessária para a pop atingir o Eq. H-W

Fatores Evolutivos

tem o mesmo tamanho??

• O efeito da migração  depende da

– diferença nas frequências alélicas entre a pop original e migradora

– proporção de indivíduos que migram

Nova frequência:

q₁= (1-M)q₀ + M. q_m

M= proporção de indivíduos migrantes q₀ = frequência original do alelo

Migração em pop de tamanho

diferente

• Calculando com exemplo:

Voltando à pop. de milho braquítico.

190 plantas normais e 810 plantas braquíticas Na pop. inicial, em equilíbrio, as frequências de

Br₂=0,1 e br₂= 0,9.

Considerem que em uma amostra de 4.000 sementes desta pop foram misturadas 1000

sementes contendo apenas indivíduos normais homozigotos.

Qual a nova frequência alélica nesta população?

Migração em pop de tamanho diferente

• q₁= (1-M)q₀ + M. q_m • M=1000/5000 M= 0,2 • qm=0 • q₁=(1-0,2)x0.9 + 0,2x0 • q₁₌ 0,72 e p₁ = 0,28

Mutação

• É a única fonte real de variabilidade nas pop • Origina novos alelos

• Ocorrência muito rara: 10-4 _{a 10}-8 _mutantes

por geração

• assim, sua importância em termos de alterações nas propriedades genéticas de uma pop só ocorre se ela for recorrente, isto é, se o evento mutacional se repetir regularmente com uma dada frequência.

Nédia de Castilhos Ghisi <[email protected]>

Um pequeno nº de mutações pode determinar vantagem adaptativa.... ...ou crescimento desordenado das células (câncer) e até morte

Mutação

Deriva genética

• Mudança genética simplesmente ao acaso • Erros de amostragem

• Sub-representação

Deriva Genética

8 RR 8 rr 2 RR 6 rr 0.50 R 0.50 r 0.25 R 0.75 r Antes: Depois: Fatores Evolutivos

Território e população originais Daquela espécie

migração

colonização

Efeito fundador : estabelecimento de uma

nova população por uns poucos fundadores originais que contém somente uma pequena fração da variação genética total da população parental (Ernst Mayr )

Ex. em um caso extremo, colonização por apenas uma única fêmea fertilizada),

Ex. real 1): Doença de Huntington

• Em 1652, um navio com colonizadores atracou na África do Sul, trazendo um holandês portador de um gene para a doença de Huntington.

Doença degenerativa, distúrbios

psiquiátricos, movimentos coréicos e demência

Manifesta-se entre os 40 e 50

anos de idade.

 sem tratamento

 morte devido a imobilidade e infecções que abatem o paciente

Ex. real 1)Doença de Huntington

• A população afetada da África do sul aumentou com o passar dos anos, nos dias atuais existem

muitos africânderes afetados por essa doença

 a maioria desses tem alguma relação de parentesco com o holandês fundador.

Ex. real 2: Porfiria variegada

• Distúrbio autossômico dominante, tardio • Deficiencia na protoporfirinogênio-oxidase Hetorozigotos: fotossensibilidade e sintomas neuroviscerais Homozigotos: distúrbio mais intenso com início mais precoce e atraso do

crescimento e do desenvolv. mental.

Ex. real 2: Porfiria variegada

• Pop. Africander na Africa do sul,

• (1652) Estabelecida por pequeno n° de imigrantes europeus

• Crescimento explosivo, hoje 2,5 milhões de pessoas.

• Um fundador trouxe a porfiria variegada (PV) • Neste local, a incidência é de 3 em cada mil

preferencial

• Pressuposto do Eq- H.W os acasalamentos devem ser totalmente ao acaso

• Princípio do acasalamento aleatório: para cada locus, cada genótipo tem uma probabilidade fortuita de combinar-se com qualquer outro genótipo

Acasalamentos preferenciais

• Hetorogamia= indivíduos de fenótipos (e genótipos) diferentes tendem a cruzar entre si com maior probabilidade aumento da taxa de heterozigose

• Homogamia= cruzamento preferencial entre

indivíduos com fenótipos ( e genótipos)

semelhantes diminui a taxa de heterozigose

• Endogamia: acasalamento entre indivíduos

aparentados, os pais são geneticamente relacionados • Se a pop for muito pequena  endogamia é

favorecida

• Pg. 598 griffiths

• Genes S  autoincompatibilidade em

Brassica (brócolis e seus parentes)

• Complexo de histocompatibilidade principal

(MCH) em Humanos – experimento da camiseta suada

Endogamia

• Darwin casou-se com sua prima Emma, com quem teve dez filhos, dos quais três morreram

Darwin especula que a causa da morte prematura da filha mais velha seja o resultado

de alguma debilidade

herdada, em função da sua união consanguínea.

coeficiente de endocruzamento (f)

Coeficiente de parentesco (ou consanguinidade) r =

probabilidade de um alelo em um indivíduo ser igual por origem a um alelo no outro indivíduo

 mede a probabilidade de dois indivíduos consanguíneos serem heterozigotos para um gene autossômico recessivo raro, herdado de um mesmo ancestral comum.

Coeficiente de endocruzamento (f) = mede a probabilidade de um casal consanguíneo gerar um descendente homozigoto

para anomalia autossômica recessiva, ou seja, manifestar uma anomalia genética rara.

Coeficiente de parentesco (r) e

endocruzamento (f)

a) pais-filhos

Para cada geração em tronco, multiplica 1/2

Qual a chance de C ter o mesmo alelo de A?

rAC= ½ X ½  rAC=1/4

A

B

C

b) meio-irmãos

Dois passos entre eles

rBC= ½ X ½  rBC= ¼ f? :Filho de meio-irmãos (1/2)3 _{ f=1/8}

A

B

C

endocruzamento (f)

n= nº de gametas entre o indivíduos e o ancestral comum (linha paterna e materna)

Ou seja, 1/8 a mais de chance de possuir uma doença recessiva do que indivíduos não

c) Irmãos-germanos rCD = (½)2 + (½)2 rCD= ½ f= (½)3 _+(½)3 _{ f=1/4} A C _D B E

endocruzamento (f)

Game of Thrones

Joffrey Cersei Lannister

• Eles tem no total 150 meio irmãos

• Inseminação artificial questões éticas

d) Pai x filha ou mãe x filho r= ½ (somente 1 gametogênese) f= (1/2)2 _{ f =1/4}

Coeficiente de parentesco (r) e

endocruzamento (f)

e) Casamento entre Tio e Sobrinha ou entre Tia e Sobrinho.

Coeficiente de parentesco (r) e

endocruzamento (f)

r= (½)3 _{+ (½)}3  _r=1/4

f) Casamento entre primo e prima em 1º Grau.

endocruzamento (f)

r= (½)4 _{+ (½) r=1/8}

g) Casamento entre primo e prima duplos em primeiro grau (primos-irmãos)

Coeficiente de parentesco (r) e

endocruzamento (f)

r= (½)4 _{+ (½)}4 _{+ (½)}4 _{+ (½)}4  _r=1/4

• Neste caso deve-se considerar o f do ancestral endocruzado

• f=∑(1/2)n-1 _{X (1+ f ancestral)}

Regras:

-Em pedigrees complexos podem haver vários caminhos;

-Cada caminho deverá ter pelo menos um indivíduo diferente dos caminhos anteriores;

- em cada caminho, não se pode passar mais de uma vez pelo mesmo indivíduo

- A seta muda de direção apenas no ancestral comum

Exercícios

• Encontre o f do animal Bandido, conforme a genealogia abaixo: Bandido Adolf Golda Pateta Minie Margarida Pateta Frida Willmult Frida Willmult f=6/32 ou 3/16 ou 0,1875 Considerações:

- Ancestral comum é de quem saem dois gametas; -Pateta é ancestral comum, mas não tem f

-Em nenhum dos três caminhos possíveis há f(anc) para considerar

Casamentos entre irmãos e meio-irmãos na 18a. dinastia do Egito (1580-1350 A.C.).

I-1×I-2 : Sequenenra III × Aahotep II-1×II-2 : Aahmes × Ahmes Nefertari III-1×III-2: Senseneb × Amenhotep III-2×III-3: Amenhotep × Aahotep II IV-1×IV-2: Thotmes × Aahmes

V-1 : Hatsheput

• Aumento da taxa de homozigose

• Maior chance de manifestações fenotípicas raras • Perda de vigor físico, fertilidade e medidas físicas

(depressão da Endogamia)

Ocorre devido a homozigose de genes recessivos

prejudiciais envolvidos nestes caracteres

 principalmente quando o f é muito alto

Casamentos consanguíneos entre os ancestrais do rei inca Huáscar.

I-1 × I-2 : Manco Capac × Coya Oello II-1 × II-2 : Sinchi Roca × Chimpo III-1 × III-2 : Lloque Yupanqui × Anac Varqui

IV-1 × IV-2 : Mayta Capac × Chimpo Urma V-1 × V-2 : Capac Yupanqui × Chimpo Ollo VI-1 × V-3 : Inca Roca × Cusi Chimpo

VII-1 × VII-2 : Yahuar Huacac × Ipavaco VIII-1× VIII-2: Viracocha Inca×Yunto Cayan IX-1 × IX-2 : Pachacutec Inca Yupanqui × Anahuarque

X-1 × X-2 : Tupac Inca Yupanqui × Oello Coya

XI-1 × XI-2 : Huayna Capac × Ravaallo XII-1 : Huáscar