Evolução Molecular. "Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution. Theodosius Dobzhansky

Transcrição

1 "Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution Theodosius Dobzhansky

2 Evolução

3 Evolução

4 Evolução Genótipo + Ambiente = Fenótipo Parental F1 F2

5 Evolução Evolução = mudança (características herdáveis em uma população de organismos) Explica... - A mudança das espécies ao longo do tempo; - Complexidade, similaridade e diferenças dos seres vivos; - A diversidade de vida. LIVRO: A Origem das Espécies (teoria da Seleção Natural) Charles Darwin Alfred Wallace

6 refere-se a vários processos evolutivos resultantes de alterações no DNA (genoma) Mutação (Recombinação*) Duplicação gênica Transferência horizontal de genes

7 Mutações Transição: Envolve mudança entre purinas (A e G) ou entre pirimidinas (T e C) Transversão: Envolve mudança entre purinas (A ou G) e pirimidinas (T ou C) Inserção / Deleção (Indels): ocorre pela adição / remoção de um ou mais nucleotídeos na sequência de DNA

8 Mutações Sinônimas: São mutações que não resultam em alterações no aminoácido Mutações neutras Não sinônimas: São mutações que resultam em alterações no aminoácido Mutações adaptativas

9 Recombinação Genética: a troca aleatória de material genético durante a meiose

10 Duplicação Gênica: é qualquer duplicação de uma região do DNA que contém um gene (ou duplicação de um cromossoma inteiro)

11 Transferência horizontal: ocorre a transferência de um gene, uma região reguladora ou até mesmo um conjunto de genes para outra célula que não sua descendente, principalmente, através de vírus e bactérias. Teoria Endossimbiose das Mitocôndrias Simbiontes celulares (Wolbachia)

12 Forças Evolutivas Seleção natural Deriva genética

13 Seleção Natural Seleção natural é o único mecanismo conhecido que causa a evolução de adaptações Adaptação Um característica que melhora a sobrevivência ou a reprodução dos organismos, em relação a estados de caráter alternativos Processo em que os membros de uma população se tornam mais apropriados para alguma característica de seu ambiente através da mudança em uma característica que afeta sua sobrevivência ou reprodução

14 Seleção Natural Em todas as espécies, se produz mais descendentes do que o número que pode sobreviver e principalmente se reproduzir Os organismos diferem em sua habilidade de sobreviver e reproduzir, em parte devido a diferenças nos seus genótipos A cada geração, os genótipos de maior sobrevivência e reprodução estão presentes em excesso na etapa reprodutiva e contribuem desproporcionalmente para a descendência da próxima geração aumentando gradualmente sua frequência de geração a geração, e a população se torna progressivamente mais capaz de sobreviver e reproduzir em um determinado ambiente

15 Seleção Natural Direcional: um extremo do fenótipo tem maior valor adaptativo Diversificadora (disruptiva): dois ou mais fenótipos apresentam um maior valor adaptativo Estabilizadora: o fenótipo intermediário tem maior valor adaptativo

16 Seleção Natural É a principal força na mudança da frequência alélica em populações com grande Ne; Pode aumentar ou diminuir a diversidade genética Seleção estabilizadora e direcional geralmente diminui diversidade genética Seleção disruptiva aumenta a diversidade genética

17 Deriva Genética Mudança na frequência gênica sem ação da seleção natural (provocada pelo acaso) Populações pequenas (baixo número de indivíduos) são afetadas em maior grau que populações com alto número de indivíduos

18 Deriva Genética Dois grupos de moedas 10 conjuntos com 20 moedas 10 conjuntos com 4000 moedas Resultado Na média, em ambos os casos, deu 50% de cara e 50% de coroa, mas a chance de ocorrer variação em torno desta média é maior na população pequena A probabilidade de ocorrer 12 caras e 8 coroas é maior do que acontecer 2400 caras e 1600 coroas

19 Efeito fundador o estabelecimento de uma nova população por uns poucos fundadores originais (em um caso extremo, por apenas uma única fêmea fertilizada), que contém somente uma pequena fração da variação genética total da população parental

20 Gargalo genético O efeito gargalo de garrafa (bottleneck effect) é um evento evolucionário causado por uma redução drástica do tamanho da população, onde há perda de variabilidade genética.

21 Gargalo genético vs Efeito fundador Efeito fundador: no momento da formação de uma nova população Gargalo genético: em um ou mais momento da história de visa de uma população Ambos aumentam a deriva genética numa população: a taxa da deriva genética é inversamente proporcional ao tamanho efetivo populacional. Gargalo genético Efeito fundador

22 O acumulo de processos evolutivos (alterações no DNA) é a base para diferença entre os organismos A 2 mutações 2 mutações 1 mutação A1 A2 2 mutações 1 mutação 3 mutações Somado ao isolamento + ambiente, define: - Indivíduos - Raças - Populações - Espécies... Acúmulo de Diferenças

23 Evolução Neutra X Seleção Natural O conceito de evolução neutra foi dado por Mooto Kimura na década 1960; Estudando isoenzimas, perceberam uma maior diversidade de dados em relação a parâmetros morfológicos; Mas as teorias vigentes é que a seleção natural é o mecanismo evolutivo mais importante. Como explicar, neste contexto, que houvesse tanta variação molecular? Kimura propôs que os aminoácidos poderiam variar em determinadas posições da enzima, sem necessariamente prejudicar seu funcionamento. Com isso, esta variação não seria detectada pela seleção natural, sendo, portanto, seletivamente neutra!

24 Evolução Neutra X Seleção Natural A teoria da seleção neutra se sustenta em: Mutações deletérias, pouco deletérias e neutras são comuns, vantajosas são raras Deletérias são rapidamente removidas das populações e as vantajosas rapidamente incorporadas O que sobra são as neutras. Cada uma dessas pode se fixar, por deriva e segregar, contribuindo para a variação entre os organismos

25 Evolução Neutra X Seleção Natural Kimura rejeita seleção natural? NÃO!!!!!!, apenas considera como seletivamente neutra a maior parte da variação existente (e que portanto não será eliminada pela seleção natural bruscamente); Assim: Na verdade as substituições neutras geram novos alelos na população. Estes alelos se mantêm ou não pela ação da deriva genética.

26 Evolução Neutra X Seleção Natural Cenário 1 - mutação surge; seleção natural faz ela aumentar de frequência; ela se fixa. Cenário 2 - mutação surge; deriva genética faz ela aumentar de frequência; ela se fixa Teoria da evolução quase neutra (Tomoko Ohta)

27 Teoria da evolução quase neutra A teoria quase neutra pode ser resumida da seguinte forma. Tanto a deriva genética como a seleção natural influenciam o comportamento de mutações fracamente selecionadas. A maioria das novas mutações são fracamente selecionadas. A deriva predomina em populações pequenas, e a seleção em populações grandes.

28 O acumulo de processos evolutivos (alterações no DNA) é a base para diferença entre os organismos Relógio Molecular À medida que duas espécies divergem de um ancestral comum, acumulam mutações em uma taxa regular, ficando progressivamente mais diferentes uma da outra... *Problemas com taxa evolutivas mais aceleradas de um organismo para outro: taxa metabólica (mutações no DNA), o tempo de geração, o ambiente e tamanho populacional

29 Homologia vs Homoplasia Homologia um carácter é homólogo em dois organismos se foi herdado por ambos a partir de seu ancestral comum Homoplasia/analogia um carácter é análogo em dois organismos quando possui a mesma função (influencia do ambiente).

30 Exemplos: Homologia asas de morcego e mãos de humanos (mesma origem embrionária) Homoplasia asas de morcego e asas de borboleta (mesma função)

31 Apenas as mutações explica a grande variação e complexidade dos organismos? Duplicação Gênica: responsável pelo aumento na quantidade de genes, e, assim, pela complexidade orgânica ao longo da evolução. Impactos da duplicação gênica no organismo *Genes aceitam maior taxa de mutação - Perda função (pseudogene ou íntrons) - Adquirir outra função com grande impacto no fitness do organismo (teoria da formação de organismos mais complexos)

32 Duplicação Gênica: Ortologia, Parologia e Xenologia Evento de duplicação gênica Os genes X1B e X1C são considerados ortólogos: provém da mesma cópia do ancestral Os genes X1B e X2C são considerados parálogos Xenologia: é a transferência horizontal de genes entre organismos

33 Atividades próxima aula Critica sobre teoria da Evolução Molecular (evolução neutra vs seleção natural (até 24/04) Especiação, Filogenia e Identificação Molecular ESPECIAÇÃO: Discussão artigo: Tsai et al., 2014 e Rabeling et al., 2014 FILOGENIA: Produzir arquivo.fasta com 10 sequencias alinhadas (MEGA) IDENTIFICAÇAO MOLECULAR: Discussão Hebert et al., 2003 e apresentação de artigo sobre identificação molecular Dois slides: problema, marcador molecular e resultados