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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Herança Quantitativa Prof. Dr. João Antonio da Costa Andrade Departamento de Biologia e Zootecnia Caracteres qualitativos Descontinuidade, facilmente classificados em categorias fenotípicas distintas. Caracteres quantitativos Continuidade (entre fenótipos extremos aparecem inúmeros fenótipos intermediários), diferença entre determinados fenótipos é mínima e os fenótipos, via de regra, são obtidos por mensurações. BASE GENÉTICA DOS CARACTERES QUANTITATIVOS Alguns caracteres dos animais domésticos podem ser classificadas em classes fenotipicamente distintas São os caracteres qualitativos, geralmente relacionadas com morfologia Presença de chifres Outros caracteres são merísticos (podem ser contadas) ou contínuos (que podem ser medidos) •Número de leitões/leitegada •Número de ovos •Peso à desmama em quilogramas •Litros de leite •Espessura do toucinho •Intervalo de partos • Separação entre classes fenotípicas é dificultada • Inúmeras classes fenotípicas são encontradas entre dois extremos, com concentração em torno da média (distribuição normal) Qualitativos Quantitativos caracteres de tipo caracteres de grau variação descontínua variação contínua poucos locos gênicos muitos locos gênicos genes com grandes efeitos genes com pequeno efeito menor efeito ambiental maior efeito ambiental CARÁTER QUALITATIVO CARÁTER QUANTITATIVO Espécie com 2n = 16 cromossomos Número de genótipos diferentes com m locos e n alelos por loco NGD = [n(n+1)/2]m Números fenótipos diferentes vai depender de: • Ação gênica; • Tipo de efeitos (aditivos iguais, aditivos desiguais, oposicionais); • Efeito do ambiente. Base genética dos caracteres quantitativos são os Genes ou fatores múltiplos: -Bateria de locos com efeito sobre o mesmo caráter. “A segregação dos genes envolvidos não pode ser seguida individualmente, embora cada loco comporte-se exatamente como Mendel postulou” Sistemas de locos seriados – cada loco atuando em um passo do processo loco A loco B loco C enzima a enzima b enzima c passo a passo b passo c Substrato produto A produto B P.F. Mutações drásticas, inativando enzimas, vão criar fatores complementares (epistasia). Mutações “leves” que causem variação na atividade das enzimas, causando variação contínua na quantidade do produto final, causarão variação quantitativa. Efeito de dosagem – o caráter se expressa conforme o número de alelos favoráveis e/ou desfavoráveis presentes. Polimeria Genes com efeitos aditivos e iguais. Anisomeria Genes com efeitos aditivos e desiguais. Sistemas oposicionais Genes com efeitos aditivos e subtrativos. AÇÃO GÊNICA ADITIVA Cada gene dos que constituem o genótipo provoca acréscimo (ou decréscimo) no valor fenotípico, independentemente da presença de outros genes no genótipo. 33 genes 55 genes 110 genes Valores genotípicos (q2) (2pq) (p2) bb m Bb BB -a +a d BB = m + a (p2) Grau médio de dominância = gmd = d/a Bb = m +d (2pq) bb = m – a (q2) Média da pop. = g = m+a(p-q)+2pqd Kylie Hodgson (19 anos) e Remi Horder (17 anos) Efeitos aditivos e iguais: Todos os alelos favoráveis contribuem com o mesmo valor e os menos favoráveis com outro valor. Exemplo com três locos: A(a); B(b); C(c) A=B=C=3; a=b=c=1 1 – Sem dominância (apenas efeitos aditivos): P1 – AABBCC 6 + 6 + 6 = 18 P2 – aabbcc 2 + 2 + 2 = 6 F1 – AaBbCc 4 + 4 + 4 = 12 F2 (1/8) ABC (1/8) ABc (1/8) AbC (1/8) Abc (1/8) aBC (1/8) aBc (1/8) abC (1/8) abc (1/8) ABC AABBCC (1/64) AABBCc (1/64) AABbCC (1/64) AABbCc (1/64) AaBBCC (1/64) AaBBCc (1/64) AaBbCC (1/64) AaBbCc (1/64) (1/8) ABc AABBCc (1/64) AABBcc (1/64) AABbCc (1/64) AABbcc (1/64) AaBBCc (1/64) AaBBcc (1/64) AaBbCc (1/64) AaBbcc (1/64) (1/8) AbC AABbCC (1/64) AABbCc (1/64) AAbbCC (1/64) AAbbCc (1/64) AaBbCC (1/64) AaBbCc (1/64) AabbCC (1/64) AabbCc (1/64) (1/8) Abc AABbCc (1/64) AABbcc (1/64) AAbbCc (1/64) AAbbcc (1/64) AaBbCc (1/64) AaBbcc (1/64) AabbCc (1/64) Aabbcc (1/64) (1/8) aBC AaBBCC (1/64) AaBBCc (1/64) AaBbCC (1/64) AaBbCc (1/64) aaBBCC (1/64) aaBBCc (1/64) aaBbCC (1/64) aaBbCc (1/64) (1/8) aBc AaBBCc (1/64) AaBBcc (1/64) AaBbCc (1/64) AaBbcc (1/64) aaBBCc (1/64) aaBBcc (1/64) aaBbCc (1/64) aaBbcc (1/64) (1/8) abC AaBbCC (1/64) AaBbCc (1/64) AabbCC (1/64) AabbCc (1/64) aaBbCC (1/64) aaBbCc (1/64) aabbCC (1/64) aabbCc (1/64) (1/8) abc AaBbCc (1/64) AaBbcc (1/64) AabbCc (1/64) Aabbcc (1/64) aaBbCc (1/64) aaBbcc (1/64) aabbCc (1/64) aabbcc (1/64) Freq. Fenótipos Genótipos 1/64 18 AABBCC 6/64 16 AABBCc; AABbCC; AaBBCC 15/64 14 AABBcc; AAbbCC; aaBBCC; AaBbCC; AaBBCc; AABbCc 20/64 12 AABbcc; AaBBcc; AAbbcC; AabbCC; aaBbCC; aaBBCc; AaBbCc 15/64 10 AAbbcc; aaBBcc; aabbCC; AaBbcc; AabbCc; aaBbCc 6/64 8 Aabbcc; aaBbcc; aabbCc; 1/64 6 aabbcc Frequência fenotípica em F2 sem dominância Freq. Fenótipos Genótipos 3/64 18 AABBCC; AaBBCC 12/64 16 AABBCc; AaBBCc; AABbCC; AaBbCC 19/64 14 AABbCc; AaBBcc; AaBbCc; AAbbCC; AabbCC; aaBBCC; AABBcc 16/64 12 AABbcc; AaBbcc; AAbbCc; AabbCc; aaBBCc; aaBbCC 8/64 10 AAbbcc; Aabbcc; aaBBcc; aaBbCc; aabbCC 5/64 8 aaBbcc; aabbCc 1/64 6 aabbcc Freq. fenotípica em F2 com dominância no loco A(a) Frequência sem dominância Fenótipos Frequência com dominância no loco A(a) 1/64 18 3/64 6/64 16 12/64 15/64 14 19/64 20/64 12 16/64 15/64 10 8/64 6/64 8 5/64 1/64 6 1/64 Comparação D o m in â n ci a lo co A (a ) a) Sem dominância P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=12 b) Dom. em A(a) P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=14 c) Dom. dois locos P1 - AABBCC=18 P2 – aabbcc=6 F1 - AaBbCc=16 d) Dom. três locos P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=18 Efeitos aditivos e iguais: A=B=C=3; a=b=c=1 Efeitos aditivos e desiguais: A=4,5; B=C=2,25; a=1,5; b=c=0,75 a) Sem dominância P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=12 b) Dom. em A(a) P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=15 c) Dom. A(a) e B(b) P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=16,5 d) Dom. três locos P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=18 Efeitos oposicionais: A=13; B=C= -2; a=5; b=c= -1 a) Sem dominância P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=12 b) Dom. em A(a) P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=20 c) Dom. A(a) e B(b) P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 - AaBbCc=19 d) Dom. em B(b) ou P1 - AABBCC=18 P2 - aabbcc=6 F1 – AaBbCc=11 Rusticidade do Gir e produção do Holandês para os trópicos. GIROLANDO Genótipo Freqüência em 64 indivíduos Genótipo para cada loco Genótipo total Fenótipo para cada loco AABBCC 1 2+2+2 6 (2 s2)+(2 s2)+(2 s2) AABBCc 2 2+2+1 5 (2 s2)+(2 s2)+(1 s1) AABBcc 1 2+2+0 4 (2 s2)+(2 s2)+(0 s0) AABbCC 2 2+1+2 5 (2 s2)+(1 s1)+(2 s2) AABbCc 4 2+1+1 4 (2 s2)+(1 s1)+(1 s1) AABbcc 2 2+1+0 3 (2 s2)+(1 s1)+(0 s0) AAbbCC 1 2+0+2 4 (2 s2)+(0 s0)+(2 s2) AAbbCc 2 2+0+1 3 (2 s2)+(0 s0)+(1 s1) AAbbcc 1 2+0+0 2 (2 s2)+(0 s0)+(0 s0) AaBBCC 2 1+2+2 5 (1 s1)+(2 s2)+(2 s2) AaBBCc 4 1+2+1 4 (1 s1)+(2 s2)+(1 s1) AaBBcc 2 1+2+0 3 (1 s1)+(2 s2)+(0 s0) AaBbCC 4 1+1+2 4 (1 s1)+(1 s1)+(2 s2) AaBbCc 8 1+1+1 3 (1 s1)+(1 s1)+(1 s1) AaBbcc 4 1+1+0 2 (1 s1)+(1 s1)+(0 s0) AabbCC 2 1+0+2 3 (1 s1)+(0 s0)+(2 s2) AabbCc 4 1+0+1 2 (1 s1)+(0 s0)+(1 s1) Aabbcc 2 1+0+0 1 (1 s1)+(0 s0)+(0 s0) aaBBCC 1 0+2+2 4 (0 s0)+(2 s2)+(2 s2) aaBBCc 2 0+2+1 3 (0 s0)+(2 s2)+(1 s1) aaBBcc 1 0+2+0 2 (0 s0)+(2 s2)+(0 s0) aaBbCC 2 0+1+2 3 (0 s0)+(1 s1)+(2 s2) aaBbCc 4 0+1+1 2 (0 s0)+(1 s1)+(1 s1) aaBbcc 2 0+1+0 1 (0 s0)+(1 s1)+(0 s0) aabbCC 1 0+0+2 2 (0 s0)+(0 s0)+(2 s2) aabbCc 2 0+0+1 1 (0 s0)+(0 s0)+(1 s1) aabbcc 1 0+0+0 0 (0 s0)+(0 s0)+(0 s0) Generalizando •Com grande número de locos com efeitos aditivos segregando, a F2 exibe baixa freqüência dos parentais, um grande número de fenótipos e, conseqüentemente, uma variação cada vez mais contínua; •Genes com efeitos desiguais provocam ainda um maior número de classes fenotípicas, aumentando a “largura da curva”. •O efeito do ambiente faz com que a curva de frequência dos valores fenotípicos em F2 seja ainda mais contínua, mesmo sob alguma condição de dominância. Médias e variâncias 0 0,5 1 1,5 2 2,5 m F11 = m + g1 + e1; F22 = m + g2 + e2; F33 = m + g3 + e3; F44 = m + g4 + e4; F55 = m + g5 + e5; F66 = m + g6 + e6; F77 = m + g7 + e7; : : : : Fnn = m + gn + en; n F m ij 1 )( 11 )( 2 222 2 n n F F n d n mF ij ijijij F Variância e Desvio Padrão 1 2 2 2 n n x xi 2 • Descreve a amplitude de variação • Quanto maior o desvio padrão, maior a amplitude de variação Para que serve o desvio padrão? Rebanho A Rebanho B Para quaisquer dois valores específicos pode-se determinar a área sob a curva entre esses dois valores. Para a distribuição Normal, a proporção de valores pode ser de um, dois, ou três desvios padrões em relação à média Grupo em que os indivíduos têm o mesmo genótipo F11 = m + g1 + e1; F22 = m + g1 + e2; F33 = m + g1 + e3; F44 = m + g1 + e4; F55 = m + g1 + e5; F66 = m + g1 + e6; F77 = m + g1 + e7; : : : : Fnn = m + g1 + en; ---------------------- 222 0 EGF F11 = m + g1 + e1; F22 = m + g2 + e2; F33 = m + g3 + e3; F44 = m + g4 + e4; F55 = m + g5 + e5; F66 = m + g6 + e6; F77 = m + g7 + e7; : : : : Fnn = m + gn + en; ---------------------- Grupo em que cada indivíduo tem um genótipo diferente 22 00 EF Lote A -28 sementes, cada uma Lote B - 18 sementes da de uma planta diferente mesma planta mãe 3,8 6,6 4,7 9,0 7,3 6,9 5,4 5,2 4,8 3,9 4,3 4,1 5,7 9,7 5,6 5,8 7,3 4,2 10,2 8,8 6,1 6,0 5,9 4,9 5,5 5,8 7,4 6,2 3,9 6,2 8,6 10,4 4,3 3,8 6,1 5,2 4,0 4,2 4,4 3,8 2,6 4,4 5,9 4,3 3,6 9,3 Lote B Lote A 5,2 = m + G1 + E1 3,8 = m + G1 + E1 4,8 = m + G1 + E2 6,6 = m + G2 + E1 : : : : : : : : : : : : : : : : 4,4 = m + G1+ E18 9,3 = m + G18 + E1 0,69 = 0 + 0 = 2ˆe 4,98 = 0 + 22 ˆˆ eG Portanto 2222 )/(29,4ˆˆˆ plkgBAG Lote B Lote A 5,2 = m + G1 + E1 3,8 = m + G1 + E1 4,8 = m + G1 + E2 6,6 = m + G2 + E1 : : : : : : : : : : : : : : : : 4,4 = m + G1+ E18 9,3 = m + G18 + E1 0,69 = 0 + 0 = 2ˆe 4,98 = 0 + 22 ˆˆ eG Portanto 2222 )/(29,4ˆˆˆ plkgBAG Lote B Lote A 5,2 = m + G1 + E1 3,8 = m + G1 + E1’ 4,8 = m + G1 + E2 6,6 = m + G2 + E2’ : : : : : : : : : : : : : : : : 4,4 = m + G1+ E18 9,3 = m + G18 + E18’ 0,69 = 0 + 0 = 2ˆe 4,98 = 0 + 22 ˆˆ eG Lote B - Indivíduos com o mesmo genótipo Lote A - cada indivíduo com um genótipo diferente 9,3 = m+G28+E28 Questões •Qual o grau de confiança em reconhecer o valor genotípico pelo valor fenotípico? •Os filhos de indivíduos superiores realmente serão superiores? •A nova população produzida por esses indivíduos será mais produtiva? Quanto? Coeficiente de herdabilidade •É necessário saber quanto das diferenças fenotípicas (variância fenotípica) é devido às diferenças genotípicas (variância genotípica) entre indivíduos. 22 2 2 2 2 ˆˆ ˆ 100 ˆ ˆ 100ˆ EG G F Gh %1,86 69,029,4 29,4 100ˆ2 h m0 ms ds m0 m1 Gesp ds = ms - m0 = diferencial de seleção; m0 = média da população original ms = média dos indivíduos selecio- nados; Gesp = Progresso ou ganho com se- leção; Gesp = ds h 2 m1 = média da população me- lhorada Melhoramento de populações Observações importantes •A herdabilidade é uma propriedade de um caráter em uma dada população e em um dado ambiente; •Podemos aumentar a herdabilidade ao uniformizar o ambiente; •O ganho esperado com seleção possui expressão própria para cada método de seleção, mas que é derivado da expressão original Gesp = ds h 2. Intensidade de seleção •Seleção mais rigorosa ds maior menos indivíduos selecionados; •Seleção menos rigorosa ds menor mais indivíduos selecionados; •No exemplo Seleção de cinco indivíduos de um total de 28 intensidade de seleção = 17,8%. Lote A -28 sementes, cada uma Lote B - 18 sementes da de uma planta diferente mesma planta mãe 3,8 6,6 4,7 9,0 7,3 6,9 5,4 5,2 4,8 3,9 4,3 4,1 5,7 9,7 5,6 5,8 7,3 4,2 10,2 8,8 6,1 6,0 5,9 4,9 5,5 5,8 7,4 6,2 3,9 6,2 8,6 10,4 4,3 3,8 6,1 5,2 4,0 4,2 4,4 3,8 2,6 4,4 5,9 4,3 3,6 9,3 F F F ids dsds i 2 Padronização: Índice de seleção 2 22 2 2 22)( F G F G F G FFesp iiihihdsG •Esta fórmula é usada para se calcular o ganho esperado na seleçãotruncada (quando se estabelece apenas qual a intensidade de seleção que será utilizada); Componentes da variância genética Valores genotípicos (q2) (2pq) (p2) bb m Bb BB -a +a d BB = m + a (p2) Grau médio de dominância = gmd = d/a Bb = m +d (2pq) bb = m – a (q2) Média da pop. = g = m+a(p-q)+2pqd Variância genética aditiva – variância devida aos efeitos aditivos dos genes; Variância genética dominante - variância devida aos efeitos de dominância dos genes; Variância genética epistática - variância devida aos efeitos epistáticos dos genes; 2222 ˆˆˆˆ IDAG 22222 ˆˆˆˆˆ EIDAF Definição matemática das variâncias genéticas aditiva e dominante Partindo-se da frequência alélica p=q=0,5, para o loco B(b), no equilíbrio teremos: Genótipo Frequência Valor genotípico BB 1/4 m + a + 0d Bb 1/2 m + 0a + d bb 1/4 m – a + 0d Valores genotípicos (q2) (2pq) (p2) bb m Bb BB -a +a d BB = m + a (p2) Grau médio de dominância = gmd = d/a Bb = m +d (2pq) bb = m – a (q2) Média da pop. = g = m+a(p-q)+2pqd 22 4 1 AEM I 222 4 3 DADM I Componentes da variância genética entre progênies Variância genética entre progênies de meios irmãos Variância genética dentro de progênies de meios irmãos 222 4 1 2 1 DAEIG 222 4 3 2 1 DADIG Componentes da variância genética entre progênies Variância genética entre progênies de irmãos germanos Variância genética dentro de progênies de irmãos germanos 2 2 22 2 2 ˆ ˆ ˆˆ ˆˆ F G EG Gh 2 2 22 2 2 ˆ ˆ ˆ 1 ˆ ˆˆ F G EG G m k h Herdabilidade em nível de indivíduos (sentido amplo) Herdabilidade em nível de médias de progênies (sentido amplo) 2 2 22 2 2 ˆ ˆ ˆˆ ˆˆ F A EG A Rh 2 2 22 2 2 ˆ ˆ ˆ 1 ˆ ˆˆ F A EG A Rm k h Herdabilidade em nível de indivíduos (sentido restrito) Herdabilidade em nível de médias de progênies (sentido restrito) 2 2 2 22 2 ˆ ˆ ˆ ˆ R F A EG A g dshdsds 2 2 2 22 2 ˆ ˆ 1 ˆ ˆ Rm F A EG A gm dshds k ds Ganho com seleção em nível de indivíduos Ganho com seleção em nível de médias de progênies CORRELAÇÃO ENTRE CARACTERES Associação entre caracteres Covariância •Medida da associação ou semelhança entre variáveis; •Se for maior que zero associação positiva; •Se for igual a zero ausência de associação; •Se for menor que zero associação negativa. •Percebe-se que a variância é um caso particular de covariância de uma variável com ela mesma; •A covariância tem um papel fundamental na seleção, pois interessa a associação entre pais e descendentes; •A semelhança entre genitores e descendentes garante o progresso na seleção e pode ser medida pela covariância; •A covariância varia de - ∞ a + ∞; •Por isso o parâmetro mais usado é o coeficiente de correlação (r), que varia de -1 a +1. •r expressa o efeito total dos genes em segregação. Alguns podem aumentar ambos os caracteres, enquanto outros aumentam um e reduzem outro; •Exemplo: Genes que aumentam a taxa de crescimento aumentam tanto a estatura como a massa, mas genes que aumentam a gordura influenciam apenas a massa e não são causa de correlação com a estatura. Uso e importância no melhoramento •Cuidado para evitar mudanças indesejáveis em um caráter ao selecionar outro; •Seleção indireta – quando a correlação for favorável e um caráter possui herdabilidade muito baixa em comparação ao outro e/ou tenha problemas de medição e identificação; Componentes da covariância •Da mesma maneira que temos variâncias fenotípica, genética, genética aditiva, genética dominante e ambiental, temos também as covariâncias fenotípica, genética, genética aditiva, genética dominante e ambiental; •Apenas a covariância genética envolve uma associação de natureza herdável, podendo ser utilizada na orientação de programas de melhoramento; •O ambiente torna-se causa de correlações quando dois caracteres são influenciados pelas mesmas diferenças de condições ambientais; •Correlações ambientais negativas indicam que o ambiente favorece um caráter e desfavorece outro; •Correlações ambientais positivas indicam que os dois caracteres são beneficiados ou prejudicados pelas mesmas causas de variação ambiental; •Da mesma maneira que os demais parâmetros, os valores de covariância e correlação são específicos para uma população e um determinado ambiente. Causas genéticas da covariância e correlação •Pleiotropia – Situação em que locos atuam em dois ou mais caracteres ao mesmo tempo (correlação permanente); •Ligação gênica – Situação em que os locos atuam em caracteres diferentes, mas estão próximos no mesmo cromossomo (correlação não permanente, podendo ser quebrada). Decomposição das correlações fenotípica e genética •Necessidade de esquema experimental como feito na decomposição da variância fenotípica e genética; •Os pacotes estatísticos já fazem a decomposição como feito na variância. Covariância (Produto Médio ) entre duas variáveis x e y Método braçal •Possível com a análise de variância de x, y e de uma variável construída (x+y). F. V. G. L. QMx QMy QM(x+y) Blocos r-1 QMBx QMBy QMB(x+y) Progênies t-1 QMPx QMPy QMP(x+y) Resíduo (r-1)(t-1) QMRx QMRy QMR(x+y) Dentro rt(k-1) QMDx QMDy QMD(x+y) COVxy = PMxy = (QMx+y – QMx - QMY)/2 F. V. G. L. PMxy E(PM) Blocos r-1 PMB ----------- Progênies t-1 PMP Resíduo (r-1)(p-1) PMR Dentro rp(k-1) PMD pEd krCOVkCOVCOV ed kCOVCOV D COV PMDVOC d ˆ kPMDPMRVOC e /)( ˆ krPMRPMPVOC p /)( ˆ pA VOCVOC ˆ4ˆ depF VOCVOCVOCVOC ˆˆˆˆ rkVOCrVOCVOCVOC depF /ˆ/ˆˆˆ yx xy FF F F QMPQMP PMPVOC r yx xy xy .. ˆ 22 22 . ˆ yx xy xy FF F F VOC r yx xy ee e e QMRQMR PMRVOC r xyxy xy xy .. ˆ 22 Coeficiente de correlação fenotípica Coeficiente de correlação fenotípica média Coeficiente de correlação ambiental 22 . ˆ yx xy xy AA A A VOC r yxy x xy x xy AAx F A F A xy rhki VOC ki VOC kdsRC .... ˆ . ˆ . 2 2/ Coeficiente de correlação genética aditiva Resposta correlacionada à seleção •k=1, para seleção massal em ambos os sexos; •k=1/2, para seleção massal em um sexo; •k=1/4, para seleção entre MI em ambos os sexos; •k=1/8, para seleção entre MI em um sexo.
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