GENÉTICA DE POPULAÇÕES

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GENÉTICA DE POPULAÇÕES 
GENÉTICA DE POPULAÇÕES 
Distribuição dos genes nas populações e nas 
famílias 
 
Espécie humana- 5 milhões de membros 
 
subpopulações 
Pools gênicos 
Grupos étnicos 
Frequência dos alelos- variabilidade em grupos populacionais 
- Associados à doenças genéticas: baixa frequência 
populacional 
- marcadores genéticos: grupos sanguíneos/ polimorfismos de 
DNA 
ESTRUTURA GENÉTICA DE UMA 
POPULAÇÃO 
POPULAÇÃO MENDELIANA 
GRUPO DE INDIVÍDUOS COM ACASALAMENTO OU 
POTENCIAL DE ACASALAMENTO 
TRANSMISSÃO DE GENES DE UMA GERAÇÃO A 
OUTRA 
FREQUENCIA GÊNICA: proporção dos diferentes alelos na população 
 
Não depende de dominância e recessividade 
CONJUNTO GÊNICO- “POOL GENICO”: soma de genes 
nos gametas de uma população reprodutiva 
CONSERVAÇÃO DA FREQUENCIA GÊNICA 
Estrutura genética 
•  Freqüências genotípicas 
•  Freqüências alélicas 
rr = branca 
Rr = rosa 
RR = vermelha 
Estrutura genética 
•  Freqüências genotípicas 
•  Freqüências alélicas 
200 = branca 
500 = rosa 
300 = vermelha 
Total = 1000 flores 
Freqüências 
genotípicas 
200/1000 = 0.2 rr 
500/1000 = 0.5 Rr 
300/1000 = 0.3 RR 
Estrutura genética 
•  Freqüências genotípicas 
•  Freqüências alélicas 
200 rr = 400 r 
500 Rr = 500 R 
 500 r 
300 RR = 600 R 
Total = 2000 alelos 
Freqüências 
alélicas 
900/2000 = 0.45 r 
 
1100/2000 = 0.55 R 
100 GG 
 
160 Gg 
 
 
 
140 gg 
Para uma 
população com 
genótipos: Calcular: 
Freqüência genotípica: 
Freqüência fenotípica 
Freqüência alélica 
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 
0.65 260 
Freqüência genotípica: 
Freqüência fenotípica 
Freqüência alélica 
FREQUÊNCIA GÊNICA 
Incidência de uma doença ou caracter hereditário possibilita calcular a 
frequência de alelos 
FENÓTIPOS MONOGÊNICOS 
Segregam-se nas famílias, ocorrem em proporções fixas e previsíveis 
 
FENÓTIPO GENÓTIPO N° PESSOAS FREQUÊNCIA 
M M/M 392 0,276 
N N/N 320 0,226 
MN M/N 707 0,498 
total 1419 1,0 
2838 alelos 
M= (2 X 397 + 707) = 0,53 
 1419 X2 
 
N= (2X 320 + 707) = 0,47 
 1419 X 2 
 
FREQUÊNCIA GÊNICA : p²+2pq+q²= 1 
 
PROPORÇÕES GENÉTICAS – DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL 
ALBINISMO 
 
1:20.000 
q2= 0,00005 
q= 0,007 
p= 0,993 
 
Frequencia de heterozigotos: 2x(0,993x0,007)= 0,014 
Gene ligado ao X 
p2 AA 2pq Aa q2 aa 
p A p3 2p2q pq2 
q a p2q 2pq2 
 
q3 
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 freqüência de anemia falciforme em uma 
população que recebe migrantes africanos? 
-  Que mudanças ocorrem em populações de insetos sujeitas à 
inseticida geração após geração? 
RESPONDA: 
LEI DE HARDY- WEINBERG- EQUILIBRIO DE HARDY-WEINBERG 
 
1- a população é grande e as reproduções são aleatórias com 
relação ao locus em questão 
2- as frequências alélicas permanecem constantes com o tempo 
porque: 
A- não há uma taxa apreciável de mutação 
B- os indivíduos com todos os genótipos são igualmente capazes 
de se reproduzir e transmitir seus genes, ou seja, não há seleção 
contra nenhum genótipo em particular 
C- não houve imigração significativa de indivíduos de uma 
população com frequências alélicas muito diferentes da 
população endógena 
Lei ou Equilíbrio de Hardy-Weinberg 
 
“Em uma população grande, que se reproduz ao 
acaso, onde não há mutação, seleção ou migração, 
em que todos os indivíduos são igualmente férteis e 
viáveis, tanto as freqüências alélicas como as 
freqüências genotípicas se mantêm constantes de 
geração a geração.” 
Se p for a freqüência de 
um alelo na população, 
q a de um segundo e r 
a de um terceiro, as 
combinações de alelos, 
dois a dois para locos 
autossômicos, serão: 
p2 + 2pq + 2pr + q2 + 2qr + r2= 1 
p q r 
p p2 pq pr 
q qp q2 qr 
r rp rq r2 
PRINCÍPIO DE HARDY- WEINBERG 
PARA TRÊS ALELOS: 
CÁLCULO DAS FREQÜÊNCIAS ALÉLICAS 
( 3 alelos co-dominantes) 
sendo p = alelo 10; q = alelo 11 e r = alelo 12 ; 
sendo p2 = 10-10, 2pq = 10-11, 2pr = 10-12, q2 = 11-11, 
 2qr = 11-12, r2 = 12-12; 
se p2 + 2pq + 2pr + q2 + 2qr + r2 = 1 e p + q + r = 1; 
assim p (10) = [2 p2 + 2pq + 2pr] / 2n; 
 q (11) = [2 q2 + 2pq + 2qr] / 2n; 
 r (12) = [2 r2 + 2pr + 2qr] / 2n 
 
Exemplificando: Loco TH01; alelos 10, 11 e 12; onde n = 100 e 
[10-10]= 16; [10-11]= 28; [10-12]= 11; [11-11] = 14; [11-12]= 24 e [12-12]= 7 
 p (alelo 10) = [ 2. 16 + 28 + 11] / 2. 100 = 0,355 
 q (alelo 11) = [ 2. 14 +28 + 24] / 2. 100 = 0,400 
 r (alelo 12) = [ 2. 7+ 11 + 24] / 2. 100 = 0,245 
GRUPO O 
GRUPO A 
 
GRUPO B 
Incidência, frequência dos genes e frequência de heterozigotos de 
alguns disturbios autossômicos recessivos 
DISTÚRBIO POPULAÇÃO INCIDÊNCIA 
(q²) 
FREQUÊNCIA 
DO GENE 
(q) 
FREQUÊNCIA DE 
HETEROZIGOTOS 
(2pq) 
HETEROZIGOTOS/ 
HOMOZIGOTOS 
(2pq/q²) 
Deficiência de 
alfa1-antitripsina 
Dinamarquese 
Negros 
americanos 
1  em 2000 
1 em 100.000 
0,023 
0,004 
1 em 22 
1 em 125 
90 
Doença de Tay-
sachs 
Asquenazim EUA 
Brancos não 
asquenazim EUA 
1 em 3.900 
1 em 112.000 
0,016 
0,003 
1 em 30 
1 em 370 
130 
660 
Fenilcetonúria Escoceses 
Finlandeses, 
japoneses, 
asquenazim 
1 em 5.300 
1 em 200.000 
0,014 
0,002 
1 em 30 
1 em 250 
175 
800 
Fibrose cística Brancos EUA 1 em 2.000 0,023 1 em 22 90 
Hiperplasia 
adrenal congênita 
Asquenazim 
Europeus não 
asquenazim 
1 em 28 
1 em 1.000 
0,19 
0,036 
1 em 3 
1 em 14 
1,7 
70 
Incidência e frequência dos genes de alguns distúrbios autossômicos 
dominantes 
DISTÚRBIO INCIDÊNCIA 
(2pq+ q²) 
FREQUÊNCIA DO GENE 
(q) 
HETEROZIGOTOS/ 
HOMOZIGOTOS 
(2pq/q2) 
ACONDROPLASIA 1/20.000 0,000025 80.000 
DOENÇA DE HUNTINGTON 1/10.000 0,00005 40.000 
HIPERCOLESTEROLEMIA 
FAMILIAR 
1/500 0,001 2.000 
NEUROFIBROMATOSE, 
TIPO 1 
1/3.000 0,000017 12.000 
Frequências genotípicas para o alelo CCR5 normal e o alelo 
deletado ΔCCR5 
GENÓTIPO N° DE PESSOAS FREQUÊNCIA 
GENOTÍPICA 
RELATIVA 
OBSERVADA 
ALELO FREQUÊNCIAS 
ALÉLICAS 
DERIVADAS 
CCR5/
CCR5 
647 0,821 CCR5 0,906 
CCR5/ Δ 
CCR5 
134 0,1682 
Δ CCR5/ Δ 
CCR5 
7 0,0108 ΔCCR5 0,094 
TOTAL 788 1,000 
Porquê a variação 
genética é 
importante? 
Como a 
estrutura 
genética 
muda? 
O que é 
Genética de 
populações? 
Freqüência genotípica 
Freqüência alélica 
AGRICULTORES 
CAÇADORES COLETORES EM AMBIENTES ÁRIDOS 
 
 
CONSUMO DE AMIDO 
AMILASE- hidrolise 
Variabilidade no número de cópias-> nível de produção da amilase 
salivar 
relação positiva com padrão alimentar 
 
Amilase- AMY1A 
CNV- Variabilidade no número de cópias 
FORÇAS EXTERNAS- MUDANÇA NAS FREQUÊNCIAS 
Variação genética no espaço e 
tempo 
Freqüência dos alelos Mdh-1 em colônias de caramujos 
Variação genética no espaço e tempo 
Mudanças na freqüência do alelo F no locus Lap 
em populações de ratos dapradaria em 20 
gerações 
Variação genética no espaço e tempo 
Porquê a 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 
EXTINÇÃO!! 
Aquecimento 
global Sobrevivência 
Porquê a variação genética é importante? 
variação 
não variação 
norte 
sul 
norte 
sul 
Porquê a variação genética é importante? 
variação 
não variação 
norte 
sul 
norte 
sul 
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 preferncial 
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 
Mutação: Alguns “genes verdes” 
sofrem mutações aleatoriamente de 
“genes verdes” para “genes 
marrons” (embora, uma vez que, 
qualquer mutação em particular é rara, 
esse processo por si só não pode 
representar uma grande mudança na 
frequência de alelos em uma geração). 
Como a estrutura genética muda? 
•  mutação 
•  migração 
•  seleção natural 
•  deriva genética 
•  Casamento preferencial 
Movimento de indivíduos 
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 diferenças no “fitness” 
•  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 
mutação! 
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 
divergência 
norte 
sul 
Seleção sobre os alelos 
da anemia falciforme 
aa – ß hemoglobina anormal 
 Anemia falciforme 
Baixo 
fitness 
Médio 
fitness 
Alto 
fitness 
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: 
Como a estrutura genética muda? 
•  mutação 
•  migração 
•  seleção natural 
•  deriva genética 
•  Casamento preferencial 
Causa mudanças nas 
freqüências alélicas 
Para qualquer loco gênico, as 
freqüências relativas dos 
genótipos, em populações de 
cruzamentos ao acaso 
(panmíticas), permanecem constantes, 
de geração a 
geração, a menos que certos fatores 
perturbem este 
equilíbrio. Esses fatores 
são os chamados fatores 
evolutivos: 
¬ 
mutação, 
¬ 
seleção, 
¬ 
deriva genética 
(ou oscilação genética) e 
¬ 
migração 
(ou fluxo gênico). 
LEI DE HARDY-WEINBERG 
Para qualquer loco gênico, as fr 
equências relativas dos genótipos 
em populações de cruzamentos ao 
 acaso (panmíticas), permanecem 
constantes de geração a geração, a 
menos que sofram a ação dos 
fatores evolutivos. 
•organismos da mesma espécie, 
 com reprodução sexuada, que 
residem dentro de limites geográficos 
definidos, que permitem 
intercruzamento (população 
mendeliana) 
•população relativamente grande para 
permitir cruzamentos ao 
acaso 
•proporção sexual em torno de 1 : 1 
Variação Genética 
 
Sem variação genética, alguns dos mecanismos básicos de 
mudanças evolutivas não funcionariam. 
Existem três fontes primárias de variação genética, sobre as 
quais vamos aprender mais: 
 
Mutações são alterações no DNA. Uma única mutação pode ter 
um amplo efeito, mas em muitos casos, alteração evolutiva é 
baseada na acumulação de mutações. 
 
Fluxo Gênico é qualquer movimento de genes de uma população 
para outra e é uma importante fonte de variação genética. 
 
 
Sexo pode introduzir novas combinações de genes em uma 
população. Essa mistura genética é outra importante fonte de 
variação genética. 
Beber leite 
~9000 anos- domesticação animais 
 
Perda da capacidade de digerir o leite na idade adulta 
 enzima Lactase 
 
INTOLERANCIA A LACTOSE 
As boas novas é que 
você não tem o mal da 
vaca louca. A má notícia 
é que você é intolerante 
a lactose 
No passado (>9000 anos atrás), os 
h u m a n o s , c o m o t o d o s o s 
mamíferos, perdiam a habilidade de 
digerir lactose após a lactação. O 
gene da lactase, é desligado, e 
tornam-se intolerantes a lactose 
Certas populações humanas/ 
culturas possuem mutações que 
acarretam a persistência da lactase, 
ou seja mutações que permitem que 
a enzima permaneça ligada 
 
Esta mutação é considerada 
adaptativa 
DOMESTICAÇÃO DO GADO E PERSISTÊNCIA DA LACTASE 
Evolução convergênte 
As mutações apareceram independentemente na África e 
Europa 
 
Gene lactase 
lactose= glicose + galactose 
LCT: 
DEFICIÊNCIA CONGENITA DA LACTASE- condição autossômica 
recessiva que causa doença gastrointestinal grave caracterizada por 
diarreias aquosas em crianças alimentadas com leite materno ou 
fórmulas contendo lactose. Falta de atividade de LCT em biopsia jejunal 
 
HIPOLACTASIA DO ADULTO (INTOLERÂNCIA A LACTOSE): deficiência 
enzimática mais comum 
Diminuição da atividade durante a infância e puberdade 
NORMAL E FISIOLÓGICA 
 
PERSISTÊNCIA DA LACTASE- mantém atividade e a habilidade de 
digerir a lactose 
Nível transcricional associado com variabilidade no gene MCM6 vizinho 
de LCT 
 
Populações pastoris- mutação lactase 
90%- norte Europa 
50%- sul da Europa 
5%- áfrica ocidental 
1%- china 
Figure 2. The global distribution of G6PDd. 
Howes RE, Piel FB, Patil AP, Nyangiri OA, et al. (2012) G6PD Deficiency Prevalence and Estimates of Affected Populations 
in Malaria Endemic Countries: A Geostatistical Model-Based Map. PLoS Med 9(11): e1001339. doi:10.1371/journal.pmed.
1001339 
http://www.plosmedicine.org/article/info:doi/10.1371/journal.pmed.1001339