Bases genéticas da evolução Genética de populações
O conceito de população mendeliana • Conjunto de indivíduos que se reproduzem sexuadamente e que compartilham um patrimônio gênico comum. • Em uma população mendeliana, com exceção dos gêmeos univitelinos, os indivíduos diferem uns dos outros em diversas características. • Cada indivíduo possui seu conjunto gênico particular, diferente do conjunto gênico de todos os demais membros da população.
Frequências gênicas nas populações • Frequência genotípica • Frequência alélica
Estrutura genética • Frequências genotípicas 200 = branca 500 = rosa
Frequências genotípicas 200/1000 = 0.2 rr 500/1000 = 0.5 Rr
300 = vermelha 300/1000 = 0.3 RR Total = 1000 flores
Estrutura genética •Frequências alélicas 200 rr = 400 r
Frequências alélicas
500 Rr = 500 R 900/2000 = 0.45 r 500 r 300 RR = 600 R Total = 2000 alelos
1100/2000 = 0.55 R
Para uma população com genótipos:
Calcular: Frequência genotípica:
100 GG 160 Gg Frequência fenotípica
140 gg
Frequência alélica
Para uma população com genótipos:
Calcular: Frequência genotípica:
100 GG 160 Gg
260
100/400 = 0.25 GG 0.65 160/400 = 0.40 Gg 140/400 = 0.35 gg
Frequência fenotípica 260/400 = 0.65 verde 140/400 = 0.35 amarelo
140 gg
Frequência alélica 360/800 = 0.45 G 440/800 = 0.55 g
Como a estrutura genética muda? • mutação
Mudanças no DNA
• migração
• Cria novos alelos
• seleção natural
• Fonte final de toda variação genética
• deriva genética • Casamento preferencial
Como a estrutura genética muda? • mutação • migração • seleção natural • deriva genética
Movimento de indivíduos entre populações • Introduz novos alelos “Fluxo gênico”
• Casamento preferencial
Como a estrutura genética muda? • mutação • migração
Certos genótipos deixam mais descendentes • Diferenças na sobrevivência
• seleção natural • deriva genética
ou reprodução diferenças no “fitness” • Leva à adaptação
• Casamento preferencial
Seleção Natural Resistência à sabão bactericida 1ª geração: 1,00 não resistente 0,00 resistente 2ª geração: 0,96 não resistente 0,04 resistente
mutação!
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 sobre os alelos da anemia falciforme aa – ß hemoglobina anormal Anemia falciforme
Baixo fitness
AA – ß hemoglobina normal Vulnerável à malária
Médio fitness
Aa – Ambas ß hemoglobinas resistente à malária
Alto fitness
A seleção favorece os heterozigotos (Aa) Ambos alelos são mantidos na população (a em baixa freqüência)
Deriva gênica • Desastres ecológicos, como incêndios florestais, inundações, desmatamento, etc. podem reduzir tão drasticamente o tamanho de uma população que os poucos sobreviventes podem não constituir uma amostra representativa da população original, do ponto de vista genético. • por acaso e não por adaptação ao ambiente certos alelos podem ter sua frequência subitamente aumentada, enquanto outros podem simplesmente desaparecer.
Deriva GenĂŠtica Antes: 8 RR 8 rr
0.50 R 0.50 r
Depois: 2 RR 6 rr
0.25 R 0.75 r
Princípio do fundador Um caso extremo de deriva gênica é o chamado principio do fundador: uma nova população é “fundada” por um ou poucos indivíduos, seja porque a população ancestral sofreu uma diminuição drástica, seja porque um pequeno número de indivíduos de uma população migrou para outra região, onde deu origem a uma nova população. Há casos em que uma única fêmea grávida funda uma nova população. Essa fêmea obviamente não possuirá uma amostra significativa dos diferentes tipos de alelos presentes na população original.
Frequências genotípicas: teorema de Hardy-Weinberg Em uma população infinitamente grande, e sobre a qual não há atuação de fatores evolutivos, as frequências gênicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações. Qual valor preditivo das freqüências alélicas?
espermatozóides
ovócitos A (p) a (q) AA
Aa
p2 Aa
Genótipo
Freqüência
pq
AA
p2
aa
Aa
2pq
aa
q2
A (p)
a (q) pq
q2
Hardy Weinberg Equation A frequência do alelo “A”: em uma população é chamada “p” Em uma população de gametas, a probabilidade que ambos, ovos e espermatozóides, contenham o alelo “A” é p x p = p2
A frequência do alelo “a”: em uma população é chamada “q” Em uma população de gametas, a probabilidade que ambos, ovos e espermatozóides, contenham o alelo “a” é q x q = q2 Em uma população de gametas, a probabilidade que ambos, ovos e espermatozóides, contenham alelos diferentes é: (p x q) + (q x p) = 2 pq.
Fêmeas dão “a” e machos “A” ou Fêmeas dão “A” e machos “a”
Frequências alélicas Tipo sanguíneo
Genótipo
Número de pessoas
M
LMLM
1787
MN
LMLN
3039
N
LNLN
1303
Cálculo da frequência: incidência de cada alelo dentre todos os observados 1) Número total de alelos na amostra: 2 x 6129 = 12258 2) Frequência do alelo LM: [(2 x 1787) + 3039] / 12258 = 0,5395 3) Frequência do alelo LN: [(2 x 1303) + 3039] / 12258 = 0,4605 Se “p” representa a frequência do alelo LM e “q” a do alelo LN, a população avaliada apresenta: p = 0,5395
q = 0,4605
Como LM e LN são os únicos alelos desse gene: p+q=1
Aplicações do princípio de Hardy-Weinberg Tipo sanguíneo
Genótipo
Número de pessoas
M
LMLM
1787
MN
LMLN
3039
N
LNLN
1303 TOTAL = 6129
A população observada está em equilíbrio de Hardy-Weiberg? p = 0,5395
q = 0,4605
Genótipo
Freqüência de Hardy-Weinberg
LMLM
p2 = (0,5395)2 = 0,2911
LMLN
2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968
LNLN
q2 = (0,4605)2 = 0,2121