GENETICA_I_-_Heranca_de_Caracteres_Complexos_PARTE_II

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Herança de
caracteres complexos
Professora Vanessa Kava-Cordeiro
PARTE II
Variância fenotípica
Var = 61 cm2
Variância Variância Variância
Fenotípica Genotípica Ambiental
VP = VG + VE
Média = 1,72 m
ou 2
Como identificar a variância
genotípica e a ambiental?
 Exemplo hipotético: Atividade enzimática
de indivíduos com duas possibilidades de
genótipos (A ou B), em dois tipos de
ambientes (1 ou 2).
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CALCULAR A VARIÂNCIA PARA AS TRÊS SITUAÇÕES!
4
S2=
s2F = 26,6
s2e = 0
s2F = s2g = 21,3
s2g = 0
s2F = s2e = 5,3
5
Calculando a HERDABILIDADE…
6
2
Herdabilidade no sentido amplo (H2)
• Proporção da variação fenotípica que é devida a fatores
genéticos.
ou
H2 = 21,3 / 26,6 = 0,80
No exemplo anterior:
VT = (Vg + Ve)
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Herdabilidade em Sentido Amplo
H2 = varia de 0 a 1
Mais próxima de 1, maior proporção da variabilidade é
atribuída a diferenças genéticas
H2 de uma característica é diferente em cada população
e em cada conjunto de ambientes
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Tempo de maturação (dias)
Tempo médio de maturação
Classe modal
X : média da amostra
s : desvio padrão
s2 : variância
•Tempo de maturação do trigo (dias)
VT = Vg + Ve
VT =
Ve =
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CALCULAR A HERDABILIDADE...
Tempo de maturação (dias)
Tempo médio de maturação
Classe modal
X : média da amostra
s : desvio padrão
s2 : variância
•Tempo de maturação do trigo (dias)
VT = Vg + Ve
VT = 14,26 dias
Ve = variação de F1
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Tempo de maturação (dias)
Tempo médio de maturação
Classe modal
X : média da amostra
s : desvio padrão
s2 : variância
•Tempo de maturação do trigo (dias)
VT = Vg + Ve
VT = 14,26 dias
Ve = 2,88
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Tempo de maturação (dias)
Tempo médio de maturação
Classe modal
X : média da amostra
s : desvio padrão
s2 : variância
•Tempo de maturação do trigo (dias)
VT = Vg + Ve
Vg = 14,26 – 2,88
Vg = 11,38
H2 = 11,38/14,26
H2 = 0,798
12
3
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VARIÂNCIA ADITIVA (S2A): A parte da
variância genotípica explicada pelo número de
alelos favoráveis ao genótipo.
Interação aditiva
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VARIÂNCIA DE DOMINÂNCIA (S2D): A parte
da variância genotípica explicada pelos valores
genotípicos favoráveis.
Interação dominante
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VARIÂNCIA DE EPISTASIA (S2I):
A parte da variância genotípica causada pelas
interações entre genes não alélicos.
Epistasia
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Portanto:
S2F = S2A + S2D + S2I + S2E +( S2GE )
Onde:
S2F = Variância fenotípica;
S2A =Variância aditiva;
S2D = Variância devida à dominância;
S2I = Variância devida à epistasia;
S2E = Variância devida ao ambiente
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HERDABILIDADE EM SENTIDO RESTRITO
h2 = Parte da variância genética que pode ser usada
para prever os fenótipos da prole a partir dos fenótipos
parentais
VT = Va + Vd + Vi + Ve
Apenas Va é útil para prever os fenótipos da prole:
h2 = Va / VT
h2 = varia de 0 a 1
Mais próxima de 1, maior proporção da variância fenotípica que
é decorrente da variância genética aditiva  maior a
capacidade de prever o fenótipo da prole !!!
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 Estimativas de herdabilidade em sentido restrito
Característica h2
Estatura em seres humanos 0,65
Produção de leite em gado 0,35
Tamanho da prole em porcos 0,05
Produção de ovos em galinhas 0,10
Tamanho da cauda em camundongos 0,40
Tamanho do corpo em Drosophila 0,40
 Herdabilidade em Sentido Restrito
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 Análise de características quantitativas
 Variação observada
 Hipótese de Fatores Múltiplos (Fisher, 1918):
Componente genético
Componente ambiental
T = µ + g + e
Onde:
T : valor de uma característica quantitativa
µ : média da população
g : desvio da média devido a fatores genéticos
e : desvio da média devido a fatores ambientais
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 Hipótese de Fatores Múltiplos
Desvios da
média
Medidas
individuais
Fr
eq
uê
nc
ia
 n
a 
po
pu
la
çã
o
média
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 Valor da média populacional (μ)
 Valor dos parentais (média) (TP)
 Herdabilidade em sentido restrito (h2)
 NÃO É POSSÍVEL PREVER A
INFLUÊNCIA AMBIENTAL !
 Previsão de Fenótipos
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Exemplo…
 Previsão do valor do QI de Oswald, filho
de Michael e Frances (SNUSTAD, 2008,
p.751-2)
TO = µ + h2 [(TM + TF)/2 - µ]
TO = µ + h2 [TP - µ]
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 Previsão de Fenótipos
Fr
eq
uê
nc
ia
 n
a 
po
pu
la
çã
oµ : 100, média da população
TP: valor médio parental
TM: 110, valor QI do pai (Michael)
TF : 120, valor QI da mãe (Frances)
TO : valor QI do filho (Oswald)
(previsão)
TO = µ + h2 [(TM + TF)/2 - µ]
TO = µ + h2 [TP - µ]
h2 do QI = 0,4
5
25
Fr
eq
uê
nc
ia
 n
a 
po
pu
la
çã
o
 Previsão de Fenótipos
Entre a média parental
e a média da população
TO = 106
µ < TO < TP
40%
Se, h2 do QI = 1
então, TO = TP
Mas isto é uma previsão!!!
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Exercícios…
1. A herdabilidade em sentido restrito (h2) para o número
de cerdas em uma população de drosófilas é 0,3. O
número médio de cerdas é 12. Um macho com 10
cerdas é cruzado com uma fêmea com 20 cerdas.
Qual o número de cerdas esperado na prole?
RESPOSTA:
To: 12 + 0,3 [(10+20)/2 – 12]
To: 12,9
TO = µ + h2 [TP - µ]
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Exercícios…
2. O QI de Leo é 86 e o de Julie é 110. O valor médio do
QI populacional é 100. A herdabilidade em sentido
restrito (h2) para esta característica é 0,4. Qual o QI
esperado para o primeiro filho do casal?
RESPOSTA:
To: 100 + 0,4 [(86+110)/2 – 100]
To: 99,2
TO = µ + h2 [TP - µ]
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 Herdabilidade em sentido restrito (h2)
 Valor da média populacional (μ)
 Valor dos parentais selecionados (média)
(TS)
 Seleção artificial e previsão de
fenótipos
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 Seleção artificial e previsão de fenótipos
TO = µ + h2 [TS - µ]
Equação de previsão: TO : média da prole
µ : média da população
TS : média dos genitores selecionados
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
[TS - µ] = diferencial de seleção  S
[TO - µ] = resposta a seleção  R
R = h2 S
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prole
Genitores
selecionados
 Seleção artificial e previsão de fenótipos
µ : média da população
TS : média dos genitores selecionados
TO : média da prole
[TS - µ] = diferencial de seleção  S
[TO - µ] = resposta a seleção  R
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
6
31
 Seleção artificial
 Experimentos com o
besouro da farinha
(Tribolium castaneoum)
 Seleção de genitores pelo peso das pupas
Tamanho normal
Tamanho alterado
após 120 gerações
de seleção para
tamanho corpóreo
aumentado
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STABILIZING SELECTION FOR PUPA WEIGHT IN
TRIBOLIUM CASTANEUM
PAMELA K. KAUFMAN, FRANKLIN D. ENFIELD AND RALPH E.
COMSTOCK
Department of Genetics and Cell Biology, University of
Minnesota,
St. Paul, Minnssota 55108
Manuscript received February 14, 1977
Revised copy received May 27, 1977
ABSTRACT
Ninety-five generations of stabilizing selection for pupa weight in Tribolium
castaneum resulted in a significant decrease in phenotypic variance,
moderate reductions in additive genetic variance, but only slight changes in
heritability for the trait. Sterility was significantly lower and the average
number of live progeny per fertile mating was significantly higher in populations
where stabilizing selection was practiced as compared with random
selected populations. The results indicate that more genetic variability is being
maintained than would be expected unless a fraction of the genes have a
heterozygote advantage on the fitness scale. The reduction in phenotypic
variance indicated that the populations with stablizing selection became somewhat
more buffered against environmental sources of variation over the course
of the experiment.
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 Seleção artificial
 Experimentos com o
besouro da farinha
 Seleção de genitores
pelo peso das pupas
Geração 0  1,8 a 3 mg e média de 2,4 mg
Geração 125  > média de 5,8 mg
h2 = 0,3
Apesar do grande aumento do corpo dos descendentes, o aumento foi
menor que o esperado…
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 Seleção artificial
 Após a geração 40, a intensidade do aumento de
tamanho do corpo se reduziu
 Quanto maior o corpo, menor a eficiência reprodutiva
 Seleção artificial x seleção natural
Gerações de seleção
Pe
so
 m
éd
io
 d
a 
pu
pa
 (µ
g)
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Após algumas gerações, nenhum indivíduo das
gerações selecionadas era tão pequeno quanto o
maior indivíduo da populaçãooriginal.
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Exercícios…
1. A herdabilidade em sentido restrito (h2) para uma
característica é desconhecida. Para esta característica
a média da população é 100. A média dos genitores
selecionados é 120. Na prole destes genitores a
média é 104. Qual o valor da herdabilidade em sentido
restrito (h2)?
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
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Exercícios…
1. A herdabilidade em sentido restrito (h2) para uma
característica é desconhecida. Para esta característica
a média da população é 100. A média dos genitores
selecionados é 120. Na prole destes genitores a
média é 104. Qual o valor da herdabilidade em sentido
restrito (h2)?
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
RESPOSTA
h2=R/S ou h2=4/20 ou seja, h2=0,2
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Exercícios…
2. Um agricultor está tentando reduzir o tempo médio de
floração em girassóis. O tempo médio para florescer é
100 dias. Plantas que floresceram em 90 dias foram
utilizadas para produzir a geração seguinte. Se a
herdabilidade em sentido restrito (h2) para esta
característica é 0,2, qual será o tempo médio para
floração na geração seguinte?
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
RESPOSTA
To= 100 + 0,2 (90 – 100) ou To= 98
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Exercícios…
3. Um piscicultor quer aumentar a taxa de crescimento
em um estoque selecionado quanto a tamanho, após
6 semanas de eclosão dos ovos. O tamanho médio
dos filhotes de 6 semanas é de 10 cm. Peixes adultos
que com 6 semanas possuiam tamanho de 15 cm
foram selecionados para produzir uma nova geração
de peixinhos que, após 6 semanas tinham em média
12,5 cm. É vantajoso ao piscicultor investir no
aumento da taxa de crescimento desta espécie de
peixe?
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
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Exercícios…
3. Um piscicultor quer aumentar a taxa de crescimento em um
estoque selecionado quanto a tamanho, após 6 semanas de
eclosão dos ovos. O tamanho médio dos filhotes de 6 semanas é
de 10 cm. Peixes adultos que com 6 semanas possuiam tamanho
de 15 cm foram selecionados para produzir uma nova geração de
peixinhos que, após 6 semanas tinham em média 12,5 cm. É
vantajoso ao piscicultor investir no aumento da taxa de
crescimento desta espécie de peixe?
Calcular a herdabilidade em sentido restrito (h2)…
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
RESPOSTA
h2=R/S ou h2=2,5/5 ou seja, h2=0,5
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Exercícios…
4. Um diferencial de seleção de 40 μg por geração foi
usado em um experimento de seleção para aumento
do peso de Tribolium. A herdabilidade em sentido
restrito (h2) foi estimada em 0,3 para esta
característica. Se o peso médio da pupa era
inicialmente de 2.000 μg e a seleção for praticada por
10 gerações, qual será o peso médio esperado destas
pupas?
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
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Exercícios…
4. Um diferencial de seleção (S) de 40 μg por geração foi usado em
um experimento de seleção para aumento do peso de Tribolium.
A herdabilidade em sentido restrito (h2) foi estimada em 0,3 para
esta característica. Se o peso médio da pupa era inicialmente de
2.000 μg e a seleção for praticada por 10 gerações, qual será o
peso médio esperado destas pupas?
TO = µ + h2 [TP - µ]
[TO - µ] = h2 [TS - µ]
R = h2 S
RESPOSTA
R=h2S ou R=0,3x40 ou seja, R=12 μg (por geração)…
Em 10 gerações 120 μg ...
Peso médio final = 2.000 + 120 = 2120 μg
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• Variação na
expressão gênica e
correlação com
fenótipos.
• Interação genótipo x
ambiente e níveis de
expressão gênica.
• Prevenção de efeitos
negativos da seleção
artificial.
QTLs (“Quantitative Trait Loci” ou locos de características quantitativas)
Microarranjos
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Loci de Características quantitativas para
risco de Doença Cardiovascular
Características com Limiar
 Características que PARECEM
qualitativas…
Presença da característica
Ausência da característica
 A determinação da característica é
influenciada por vários genes e também
pelo ambiente…
Herança multifatorial
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Características com Limiar
 Exemplo: Fenda labial
 Pessoas com tendência genética a desenvolver a
característica (diferentes graus)
 Quando a tendência ultrapassa o LIMIAR, há o
desenvolvimento da característica
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Características com Limiar
 Evidência do componente genético em
humanos: Comparação entre parentes,
especialmente entre gêmeos.
 Gêmeos monozigóticos (MZ):
 Formados a partir de um zigoto
 Compartilham 100% de seus genes (* mutações)
 Gêmeos dizigóticos (DZ):
 Formados a partir de dois zigotos
 Compartilham 50% de seus genes (são tão
semelhantes quanto dois irmãos comuns)
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Método de Correlação de Gêmeos
G+E G 1/2G+E 1/2G E
MZT: Monozygotic Reared
Together
MZA:Monozygotic Reared Apart
DZT: Dizygotic Reared
Together
DZA: Dizygotic Reared Apart
URT = Unrelated
Reared Together
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 Esquizofrenia:
Taxa de concordância para gêmeos MZ: 30 a
60%.
Taxa de concordância para gêmeos DZ: 6 a
18%.
 Disturbio maníaco-depressivo:
Taxa de concordância para gêmeos MZ: 70 a
80%.
Taxa de concordância para gêmeos DZ: 20%.
Método de Correlação de Gêmeos
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 Também utilizado para estudos de
características quantitativas sem limiar
Método de Correlação de Gêmeos
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