Genética de Populacoes

Prévia do material em texto

Genética de Populações
• Aumento da frequência
dos alelos para o 
albinismo na Ilha dos
Lençóis (MA);
• Reportagem publicada na Folha de São Paulo: 
População da Ilha = 400 habitantes; apresenta 
um índice de albinismo de 1,5%;
• Este índice é 150 vezes maior do que o 
apresentado em outras populações. 
• Sucessivos casamentos consanguíneos
(endogamia);
• Aumento da quantidade de homozigotos
recessivos, aumento da frequência dos 
genes para o albinismo;
• O estudo da evolução depende do 
conhecimento das bases da genética;
Genética de populações
Estrutura genética de uma população
Grupo de de uma 
mesma espécie que 
podem entrecruzar.
Genética de populações
Estrutura genética de uma população
Grupo de de uma 
mesma espécie que 
podem entrecruzar.
• Alelos
• Genótipos
Padrão das variações genéticas nas populações
Mudanças na estrutura gênica através do tempo
100 GG
160 Gg
140 gg
Para uma população 
com genótipos: Calcular:
100/400 = 0.25 GG
160/400 = 0.40 Gg
140/400 = 0.35 gg
260/400 = 0.65 verde
140/400 = 0.35 amarelo
360/800 = 0.45 G
440/800 = 0.55 g
0.65260
Freqüência genotípica:
Freqüência fenotípica
Freqüência alélica
Variação genética no espaço e tempo
Variação genética é importante?
Potencial para mudanças na estrutura genética
• Adaptação à mudanças ambientais
• Conservação ambiental
• Divergências entre populações
• Biodiversidade
Porquê a variação genética é importante?
variação
não variação
EXTINEXTINEXTINEXTINÇÇÇÇÃO!!ÃO!!ÃO!!ÃO!!
AquecimentoAquecimentoAquecimentoAquecimento
globalglobalglobalglobal SobrevivênciaSobrevivênciaSobrevivênciaSobrevivência
Porquê a variação genética é importante?
variação
não variação
n o r t e
sul
n o r t e
sul
Porquê a variação genética é importante?
variação
não variação
n o r t e
sul
n o r t e
sul
divergênciadivergênciadivergênciadivergência
NÃO DIVERGÊNCIA!!NÃO DIVERGÊNCIA!!NÃO DIVERGÊNCIA!!NÃO DIVERGÊNCIA!!
Como a estrutura genética muda?
Mudanças nas freqüências alélicas e/ou 
freqüências genotípicas através do tempo
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Como a estrutura genética muda?
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Mudanças no DNA
• Cria novos alelos
• Fonte final de toda 
variação genética
Como a estrutura genética muda?
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Movimento de entre 
populações
• Introduz novos alelos
“Fluxo gênico”
Como a estrutura genética muda?
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Certos genótipos deixam 
mais descendentes
• Diferenças na sobrevivência 
ou reprodução
diferendiferendiferendiferenççççasasasas no no no no ““““fitnessfitnessfitnessfitness””””
• Leva à adaptação
Seleção Natural
Resistência à sabão bactericida
1ª geração: 1,00 não resistente
0,00 resistente
Seleção Natural
Resistência à sabão bactericida
1ª geração: 1,00 não resistente
0,00 resistente
Seleção Natural
Resistência à sabão bactericida
1ª geração: 1,00 não resistente
0,00 resistente
mutamutamutamutaççççãoãoãoão!!!!
2ª geração: 0,96 não resistente
0,04 resistente
Seleção Natural
Resistência à 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 Natural
Resistência à 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
0,88 resistente
Seleção Natural pode causar 
divergência em populações
divergênciadivergênciadivergênciadivergência
n o r t e
sul
Seleção sobre os alelos 
da anemia falciforme
aa – ß hemoglobina anormal
Anemia falciforme
BaixoBaixoBaixoBaixo
fitnessfitnessfitnessfitness
MMMMéééédiodiodiodio
fitnessfitnessfitnessfitness
AltoAltoAltoAlto
fitnessfitnessfitnessfitness
Aa – Ambas ß hemoglobinas
resistente à malária
AA – ß hemoglobina normal
Vulnerável à malária
A seleção favorece os heterozigotos (Aa)
Ambos alelos são mantidos na população (a em baixa freqüência)
Como a estrutura genética muda?
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Mudança genética 
simplesmente ao acaso
• Erros de amostragem
• Sub-representação
• Populações pequenas
Deriva Genética
8 RR
8 rr
2 RR
6 rr
0.50 R
0.50 r
0.25 R
0.75 r
Antes:
Depois:
OBS. 1: O efeito gargalo-de-garrafa 
Gargalos-de-garrafa populacionais ocorrem 
quando poucos sobrevivem a um evento 
aleatório, provocando uma mudança das 
frequências alélicas na população.
Deriva genética
OBS. 2: O efeito do fundador
Acontece quando alguns poucos pioneiros 
colonizam uma nova região; a população 
resultante não apresentará todos os alelos 
presentes na população de onde partiram os 
pioneiros, mas apenas aqueles carreados pelos 
mesmos.
Como a estrutura genética muda?
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Causa mudanças nas 
freqüências alélicas
Como a estrutura genética muda?
• mutação
• migração
• seleção natural
• deriva genética
• Casamento preferencial
Casamento combina os 
alelos dentro do genótipo
Casamento não aleatório
Combinações alélicas 
não aleatórias
Variação genética em populações 
naturais
O estudo da variação consiste em dois estágios:
1) Descrição da variação fenotípica
2) Tradução dos fenótipos em termos genéticos
0,4520,5480,2040,4950,301Nigerianos
0,4250,5750,1820,4860,332Chineses
0,4500,5500,1960,5070,297Alemães
0,4770,5230,2330,4890,278Egípcios
0,8240,1760,6720,3040,024Aborígines australianos
0,0870,9130,0090,1560,835Esquimós
q (N)p (M)NNMNMMPopulação
Freqüências alélicasGenótipo
Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
Em populações infinitamente grandes, com 
cruzamentos ao acaso (panmítica), que não 
estiverem sofrendo influência dos fatores 
evolutivos (mutações, seleção natural, 
migrações, etc...), não haverá alteração do 
pool gênico, isto é, as freqüências gênicas e 
genotípicas se manterão constantes.
Suposições e condições do 
Teorema de Hardy-Weinberg
• O mais importante no estudo deste
teorema são as suposições implícitas no 
modelo genético, que impõem várias
restrições como:
a) Ausência de migração - introdução de 
estranhos em uma população que difira
em frequência alélica.
Suposições e condições do 
Teorema de Hardy-Weinberg
b) Ausência de mutação - mudança de um 
alelo existente na população.
c) Ausência de seleção - perpetuação
diferencial e não aleatória de diferentes
genótipos.
d) Acasalamento ao acaso.
Suposições e condições do 
Teorema de Hardy-Weinberg
e) População grande - os genes transmitidos de 
uma geração para outra são sempre amostras
dos genes existentes na geração paterna; e 
portanto, as frequências gênicas podem estar
sujeitas à variação de amostragem que ocorre
nas gerações que se sucedem, e quanto menor
o número de pais tanto maior será a variação
causada pela amostragem. Estas variações
podem automaticamente modificar a 
constituição genética da população.
Além dessas suposições, ainda
temos que supor:
a) organismos diplóides;
b) genes autossômicos;
c) dois alelos por loco;
d) um gene.
O Teorema de Hardy-Weinberg
• Numa população em equilíbrio, para uma determinada 
característicaexistem dois genes, o dominante (A) e o 
recessivo (a).
• A soma das freqüências dos dois genes (freqüência
gênica) na população é 100%.
f(A) + f(a) = 100%
• Sendo, f(A) = p e f(a) = q, então:
p + q = 1
O Teorema de Hardy-Weinberg
• Na mesma população existem 3 genótipos possíveis: 
homozigoto dominante (AA), heterozigoto (Aa) e 
homozigoto recessivo (aa).
• A soma das freqüências do 3 genótipos (freqüência
genotípica) na população é 100%.
f(AA) + f(Aa) + f(aa) = 100%
• Sendo, f(AA) = p
2, f(Aa) = 2pq e f(aa) = q
2, então:
p2 + 2pq + q2 = 1
O Teorema de Hardy-Weinberg
Aplicação
• Uma população em equilíbrio está assim 
distribuída para um determinado par de alelos:
• Quais as freqüências gênicas e genotípicas?
40 aa
1.000 Total
320 Aa
640 AA
O Teorema de Hardy-Weinberg
Aplicação
Freqüências Gênicas:
Número total de genes = 2.000
Número de genes A = 1.280 + 320 = 1.600
Número de genes a = 80 + 320 = 400
f(A) = p = 1.600/2.000 = 0,8 ou 80%
f(a) = q = 400/2.000 = 0,2 ou 20%
O Teorema de Hardy-Weinberg
Aplicação
Freqüências Genotípicas
f(A) = p = 0,8
f(a) = q = 0,2
f(AA) = p2 = (0,8)2 = 0,64 ou 64%
f(Aa) = 2pq = 2(0,8x0,2) = 0,32 ou 32%
f(aa) = q2 = (0,2)2 = 0,04 ou 4%
Aplicações do princípio de Hardy-Weinberg
1303LNLNN
3039LMLNMN
1787LMLMM
Número de pessoasGenótipoTipo sanguíneo
A população observada está em equilíbrio de Hardy-Weinberg?
p = 0,5395 q = 0,4605
q2 = (0,4605)2 = 0,2121LNLN
2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968LMLN
p2 = (0,5395)2 = 0,2911LMLM
Freqüência de Hardy-WeinbergGenótipo
0,2121 x 6129 = 1300,0LNLN
0,4968 x 6129 = 3044,8LMLN
0,2911 x 6129 = 1784,2LMLM
Número previstoGenótipo
Sabendo que a incidência de fenilcetonúria em uma população é de 
0,0001 é possível calcular a freqüência do alelo mutante?
Sabendo que o distúrbio é causada por alelos mutantes em homozigose 
recessiva:
q2 = 0,0001
q = √0,0001 = 0,01
Assim, cerca de 1% dos alelos da população é avaliado como sendo mutante. 
Então podemos prever a freqüência de pessoas na população que são 
portadoras heterozigotas:
Freqüência de portadores = 2pq = 2 (0,99) (0,01) = 0,019
Cerca de 2% da população são previstas como portadores heterozigotos
Aplicações do princípio para aconselhamento
Alelo para Tay-Sachs (ts) = 0.017 f(TS ts) = 2 x 0.017 x 0.983 = 0.033 = 1/30
= 0.005
Aplicação do teorema a alelos múltiplos
Aplicação do teorema a alelos múltiplos
Basta expandir a expressão multinomial
Geralmente usamos:
Para um gene com três alelos como o sistema ABO: 
(p + q + r)2 = p2 + q2 + r2 + 2pq + 2qr + 2pr
r2IOIOO
2pqIAIBAB
2qrIBIO
q2IBIBB
2prIAIO
p2IAIAA
Freqüência GenótipoTipo sanguíneo
Aplicação do teorema a genes ligados ao X
Aplicação do teorema a genes ligados ao X
As freqüências alélicas são avaliadas pelas freqüências dos genótipos dos 
homens e as freqüências dos genótipos das mulheres são obtidas pela 
aplicação dos princípios de Hardy-Weinberg
Freqüências alélicas: só contar os alelos nos homens
Em uma população de 200 homens, 24 são daltônicos
Daltônicoq2 = 0,0144cc
Visão normal2pq = 0,2112Cc
Visão normalp2 = 0,7744CCMulheres
Daltônicoq = 0,12c
Visão normalp = 0,88CHomens
FenótipoFreqüênciaGenótipoSexo
c = 24/200 = 0,12 logo C = 1 – 0,12 = 0,88 
Avaliação da estrutura genética em
determinado tempo
Manutenção da estrutura genética
ao longo do tempo
400 
210
140
50
Pop 2
400
196
168
36
Pop 1 Pop 4Pop 3
400
224
112
64
238aa
400Total
84Aa
78AA
f(A) = 0.3
f(a) = 0.7
Alteração do equilíbrio pela
seleção natural
Alteração do 
equilíbrio pela
migração
Qual a chance do casal indicado apresentar
descendentes com essa surdez recessiva
ligada ao X?
Alelo raro (!) recessivo ligado ao X 
ou autossômico dominante de 
expressão limitada aos homens?
Numa população em que a frequência dos 
alelos IA = 0.35, IB = 0.4 e Rh- = 0.45, 
qual o tipo sanguíneo (ABO +Rh) é
esperado ser o mais comum? 
Aplicações do princípio de Hardy-Weinberg
1303LNLNN
3039LMLNMN
1787LMLMM
Número de pessoasGenótipoTipo sanguíneo
A população observada está em equilíbrio de Hardy-Weinberg?
p = 0,5395 q = 0,4605
q2 = (0,4605)2 = 0,2121LNLN
2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968LMLN
p2 = (0,5395)2 = 0,2911LMLM
Freqüência de Hardy-WeinbergGenótipo
0,2121 x 6129 = 1300,0LNLN
0,4968 x 6129 = 3044,8LMLN
0,2911 x 6129 = 1784,2LMLM
Número previstoGenótipo