Avanços no entendimento da relação entre genótipo e fenótipo através de marcadores genéticos
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- Giovana Casado Dinis
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1 Avanços no entendimento da relação entre genótipo e fenótipo através de marcadores genéticos Gabriel Rodrigues Alves Margarido Orientador: Antonio Augusto Franco Garcia
2 SUMÁRIO 2
3 SUMÁRIO 1. Introdução 2
4 SUMÁRIO 1. Introdução 2. Arquitetura Genética 2
5 SUMÁRIO 1. Introdução 2. Arquitetura Genética 3. Genética de Sistemas 2
6 SUMÁRIO 1. Introdução 2. Arquitetura Genética 3. Genética de Sistemas eqtls, redes e QTTs 2
7 SUMÁRIO 1. Introdução 2. Arquitetura Genética 3. Genética de Sistemas eqtls, redes e QTTs 4. Conclusões e Perspectivas 2
8 1. INTRODUÇÃO 3
9 1. INTRODUÇÃO Populações naturais variação fenotípica 3
10 1. INTRODUÇÃO Populações naturais variação fenotípica Complexidade em múltiplos locos Interações Condições ambientais 3
11 1. INTRODUÇÃO Populações naturais variação fenotípica Complexidade em múltiplos locos Interações Condições ambientais Variação no DNA Fenótipo 3
12 1. INTRODUÇÃO 4
13 1. INTRODUÇÃO Marcadores moleculares abundantes 4
14 1. INTRODUÇÃO Marcadores moleculares abundantes Métodos de genotipagem 4
15 1. INTRODUÇÃO Marcadores moleculares abundantes Métodos de genotipagem Métodos estatísticos 4
16 1. INTRODUÇÃO Marcadores moleculares abundantes Métodos de genotipagem Métodos estatísticos QTL (Quantitative Trait Loci) 4
17 1. INTRODUÇÃO Marcadores moleculares abundantes Métodos de genotipagem Métodos estatísticos QTL (Quantitative Trait Loci) Longo-prazo: explicar variação genética Genes, alelos, backgrounds, ambientes Base molecular 4
18 1. INTRODUÇÃO Marcadores moleculares abundantes Métodos de genotipagem Métodos estatísticos QTL (Quantitative Trait Loci) Longo-prazo: explicar variação genética Genes, alelos, backgrounds, ambientes Base molecular Limitações tecnológicas 4
19 1. MAPEAMENTO DE QTL GENÓTIPO LIGAÇÃO FENÓTIPO 5
20 1. MAPEAMENTO DE QTL 5
21 1. MAPEAMENTO DE QTL 6
22 1. MAPEAMENTO DE QTL 7
23 1. MAPEAMENTO DE QTL Detecção e localização 7
24 1. MAPEAMENTO DE QTL Detecção e localização PODER Probabilidade de rejeitar uma hipótese nula falsa 7
25 1. MAPEAMENTO DE QTL Detecção e localização PODER Efeito ( δ/ σ W ) Frequências alélicas PODER Probabilidade de rejeitar uma hipótese nula falsa 7
26 1. MAPEAMENTO DE QTL Detecção e localização PODER Efeito ( δ/ σ W ) Frequências alélicas PODER Probabilidade de rejeitar uma hipótese nula falsa PRECISÃO Fração de recombinação DL 7
27 1. MAPEAMENTO DE QTL Fonte: Steinmetz et al., Nature,
28 1. MAPEAMENTO DE QTL Fonte: Steinmetz et al., Nature, 2009 Iterativo 8
29 1. MAPEAMENTO DE QTL Fonte: Steinmetz et al., Nature, 2009 Iterativo Genes candidatos 8
30 1. MAPEAMENTO DE QTL Fonte: Steinmetz et al., Nature, 2009 Iterativo Genes candidatos Genomas anotados 8
31 1. MAPEAMENTO DE QTL Fonte: Steinmetz et al., Nature, 2009 Iterativo Genes candidatos Genomas anotados Mapeamento recombinação alta resolução 8
32 2. ARQUITETURA GENÉTICA 9
33 2. ARQUITETURA GENÉTICA 2.1. Número de locos e tamanho dos efeitos 9
34 2. ARQUITETURA GENÉTICA 2.1. Número de locos e tamanho dos efeitos 2.2. Descoberta de locos 9
35 2. ARQUITETURA GENÉTICA 2.1. Número de locos e tamanho dos efeitos 2.2. Descoberta de locos 2.3. Contexto 9
36 2. ARQUITETURA GENÉTICA 2.1. Número de locos e tamanho dos efeitos 2.2. Descoberta de locos 2.3. Contexto 2.4. Pleiotropia 9
37 2. ARQUITETURA GENÉTICA 2.1. Número de locos e tamanho dos efeitos 2.2. Descoberta de locos 2.3. Contexto 2.4. Pleiotropia 2.5. Base molecular 9
38 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Paterson et al., Genetics,
39 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Paterson et al., Genetics, 1991 Poucos QTLs com grandes efeitos 10
40 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Paterson et al., Genetics, 1991 Poucos QTLs com grandes efeitos Arquitetura moderadamente complexa 10
41 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Paterson et al., Genetics, 1991 Poucos QTLs com grandes efeitos Arquitetura moderadamente complexa Falta de poder 10
42 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Lai et al., Nature Methods, 2007 Drosophila marcas F 2 QTL Cromossomo Posição P-valor Machos 1 2L 23B3 0, L 27F1-28D2 0, L 35A1 < 0, L 38A7-A8 0, R 47C1-47C6 < 0, R 51E9-52C4 < 0, R 53A1 0, R 56A2-56D3 0, R 58C1-58C4 0, R 94E1 0, R 96E10 0,012 Fêmeas 12 X 3F7-4B1 0, X 7C4 0, L 35A1 0, R 57A8-57B7 < 0, R 58C2-C3 0, L 77E5 0, R 97F3 0,007 11
43 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature,
44 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Arabidopsis 12
45 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Arabidopsis 1cM Não detectado em busca pelo genoma 12
46 2.1. NÚMERO E EFEITOS Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Arabidopsis 1cM Não detectado em busca pelo genoma Genes de pequeno efeito devem ser maioria dos polimorfismos 12
47 2.1. NÚMERO E EFEITOS 13
48 2.1. NÚMERO E EFEITOS Duas décadas de estudos 13
49 2.1. NÚMERO E EFEITOS Duas décadas de estudos Grandes efeitos são raros 13
50 2.1. NÚMERO E EFEITOS Duas décadas de estudos Grandes efeitos são raros Variação genética: muitos locos com efeitos muito pequenos para serem detectados Falta de poder 13
51 2.2. NOVOS LOCOS 14
52 2.2. NOVOS LOCOS Conhecimento da base genética 14
53 2.2. NOVOS LOCOS Conhecimento da base genética Mutagênese em organismos modelo Fenótipo selvagem vs. alelos nulos 14
54 2.2. NOVOS LOCOS Conhecimento da base genética Mutagênese em organismos modelo Fenótipo selvagem vs. alelos nulos Deficiências Locos necessários para o fenótipo selvagem Efeitos sutis em caracteres quantitativos 14
55 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics,
56 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação 15
57 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação Sobreposição? 15
58 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação Sobreposição? 15
59 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação Sobreposição? 15
60 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação Sobreposição? 15
61 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação Sobreposição? 15
62 2.2. NOVOS LOCOS Fonte: Mezey et al., Genetics, 2005 Complementação Sobreposição? 14 novos locos 15
63 2.2. NOVOS LOCOS 16
64 2.2. NOVOS LOCOS Pouco conhecimento sobre genes candidatos 16
65 2.2. NOVOS LOCOS Pouco conhecimento sobre genes candidatos Genoma: território inexplorado Efeitos fenotípicos de alelos naturais 16
66 2.2. NOVOS LOCOS Pouco conhecimento sobre genes candidatos Genoma: território inexplorado Efeitos fenotípicos de alelos naturais Análise genética quantitativa Método eficiente para anotação funcional 16
67 2.3. CONTEXTO 17
68 2.3. CONTEXTO Epistasia Genótipo x Ambiente Genótipo x Sexo 17
69 2.3. CONTEXTO Epistasia Genótipo x Ambiente Genótipo x Sexo Perturbação Perdas marginais 17
70 2.3. CONTEXTO Epistasia Genótipo x Ambiente Genótipo x Sexo Perturbação Perdas marginais Importância Redes e manutenção da variação 17
71 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008 Epistasia 18
72 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008 Epistasia 18
73 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008 Epistasia COMUM 18
74 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008 Epistasia COMUM Mapeamento de QTLs 18
75 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008 Epistasia COMUM Mapeamento de QTLs Múltiplos testes 2 a 2 Tamanho populacional 18
76 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008; Garcia et al., Genetics, % 19
77 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008; Garcia et al., Genetics, 2008 Epistasia em caráter quantitativo 45% 19
78 2.3. CONTEXTO Fonte: Phillips, Nature Reviews Genetics, 2008; Garcia et al., Genetics, 2008 Epistasia em caráter quantitativo Epistasia e heterose (alógamas e autógamas) 45% 19
79 2.3. CONTEXTO Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Arabidopsis 1cM 20
80 2.3. CONTEXTO Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Arabidopsis 1cM 20
81 2.3. CONTEXTO Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Epistasia 21
82 2.3. CONTEXTO Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Epistasia +15,1% -5,1% 21
83 2.3. CONTEXTO Fonte: Kroymann & Mitchell-Olds, Nature, 2005 Epistasia +15,1% -5,1% Inúmeros outros exemplos 21
84 2.3. CONTEXTO 22
85 2.3. CONTEXTO Magnitude 22
86 2.3. CONTEXTO Magnitude Direção 22
87 2.3. CONTEXTO Magnitude Direção Independência 22
88 2.3. CONTEXTO Magnitude Direção Independência QTLs próximos 22
89 2.3. CONTEXTO Magnitude Direção Independência QTLs próximos Polimorfismos em único loco 22
90 2.4. PLEIOTROPIA 23
91 2.4. PLEIOTROPIA Correlações genéticas estáveis 23
92 2.4. PLEIOTROPIA Correlações genéticas estáveis Respostas correlacionadas à seleção artificial 23
93 2.4. PLEIOTROPIA Correlações genéticas estáveis Respostas correlacionadas à seleção artificial Restrições genéticas na evolução 23
94 2.4. PLEIOTROPIA Correlações genéticas estáveis Respostas correlacionadas à seleção artificial Restrições genéticas na evolução GENERALIZADA 23
95 2.4. PLEIOTROPIA Correlações genéticas estáveis Respostas correlacionadas à seleção artificial Restrições genéticas na evolução GENERALIZADA Ligação vs. Pleiotropia Novas mutações Mapeamento por associação (pequeno DL) 23
96 2.4. PLEIOTROPIA 24
97 2.4. PLEIOTROPIA Efeitos de perturbações genéticas em caracteres quantitativos em variantes naturais 24
98 2.4. PLEIOTROPIA Efeitos de perturbações genéticas em caracteres quantitativos em variantes naturais Subfuncionalização 24
99 2.4. PLEIOTROPIA Efeitos de perturbações genéticas em caracteres quantitativos em variantes naturais Subfuncionalização Drosophila 24
100 2.5. BASE MOLECULAR 25
101 2.5. BASE MOLECULAR Variantes moleculares causais QTN (Quantitative Trait Nucleotide) 25
102 2.5. BASE MOLECULAR Variantes moleculares causais QTN (Quantitative Trait Nucleotide) Frequências alélicas: forças seletivas
103 2.5. BASE MOLECULAR Variantes moleculares causais QTN (Quantitative Trait Nucleotide) Frequências alélicas: forças seletivas Variantes raros
104 2.5. BASE MOLECULAR Variantes moleculares causais QTN (Quantitative Trait Nucleotide) Frequências alélicas: forças seletivas Variantes raros Variantes com frequência alélica do alelo raro < 5% 25
105 2.5. BASE MOLECULAR 26
106 2.5. BASE MOLECULAR SNPs com frequências intermediárias 26
107 2.5. BASE MOLECULAR SNPs com frequências intermediárias Genotipagem multiplex Poder para mapear QTLs 26
108 2.5. BASE MOLECULAR SNPs com frequências intermediárias Genotipagem multiplex Poder para mapear QTLs Indels? Variantes de larga escala no número de cópias? 26
109 2.5. BASE MOLECULAR 27
110 2.5. BASE MOLECULAR Mudanças: codantes vs. regulatórias 27
111 2.5. BASE MOLECULAR Mudanças: codantes vs. regulatórias Polimorfismos sinônimos Estabilidade do mrna 27
112 2.5. BASE MOLECULAR Mudanças: codantes vs. regulatórias Polimorfismos sinônimos Estabilidade do mrna Polimorfismos em promotores e introns Ligação de fatores de transcrição Splicing 27
113 2.5. BASE MOLECULAR Mudanças: codantes vs. regulatórias Polimorfismos sinônimos Estabilidade do mrna Polimorfismos em promotores e introns Ligação de fatores de transcrição Splicing Padrão de expressão: quantidade, tempo e tecido 27
114 2.5. BASE MOLECULAR Fonte: Clark et al., Nature Genetics,
115 QTN Fenótipo
116 QTN Fenótipo Endofenótipo
117 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 30
118 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genômica Genética 30
119 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genômica Genética DNA Abundância de transcritos Fenótipos moleculares Fenótipo do organismo 30
120 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genômica Genética DNA Abundância de transcritos Fenótipos moleculares Fenótipo do organismo Redes causais de transcritos correlacionados 30
121 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 31
122 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Mapeamento de QTNs 31
123 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Mapeamento de QTNs Mapeamento de eqtls 31
124 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Mapeamento de QTNs Mapeamento de eqtls Rede de coexpressão 31
125 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Mapeamento de QTNs Mapeamento de eqtls Mapeamento de QTTs Rede de coexpressão 31
126 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Hansen et al., Trends in Plant Science, Mapeamento de eqtls (expression QTL) 32
127 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Hansen et al., Trends in Plant Science, Mapeamento de eqtls (expression QTL) 32
128 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 33
129 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls 33
130 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls Número 33
131 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls Número Magnitude dos efeitos 33
132 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls Número Magnitude dos efeitos Proporção 33
133 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls Número Magnitude dos efeitos Proporção hot spots 33
134 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls Número Magnitude dos efeitos Proporção hot spots Correlações 33
135 3. GENÉTICA DE SISTEMAS eqtls Número Magnitude dos efeitos Proporção hot spots Correlações PODER (amostra; testes de hipóteses) 33
136 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics, Redes de coexpressão Rede regulatória Co-variação 34
137 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics, Redes de coexpressão Rede regulatória Co-variação 34
138 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics, Redes de coexpressão Rede regulatória Co-variação Redundância Módulos Testes 34
139 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics, Redes de coexpressão Rede regulatória Co-variação Redundância Módulos Testes Direcionalidade (cis e trans eqtls) 34
140 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics, Redes de coexpressão Rede regulatória Co-variação Redundância Módulos Testes Direcionalidade (cis e trans eqtls) Sentido biológico 34
141 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics, Redes de coexpressão Rede regulatória Co-variação Redundância Módulos Testes Direcionalidade (cis e trans eqtls) Sentido biológico Culpa por associação 34
142 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 35
143 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) 35
144 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) Correlação transcrito fenótipo 35
145 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) Correlação transcrito fenótipo Centenas! 35
146 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) Correlação transcrito fenótipo Centenas! Poder e falsos-positivos 35
147 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) Correlação transcrito fenótipo Centenas! Poder e falsos-positivos Redes 35
148 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) Correlação transcrito fenótipo Centenas! Poder e falsos-positivos Redes Relações causais 35
149 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 3.3. QTTs (Quantitative Trait Transcript) Correlação transcrito fenótipo Centenas! Poder e falsos-positivos Redes Relações causais DNA 35
150 3. GENÉTICA DE SISTEMAS 36
151 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genótipo QTN Fenótipo 36
152 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genótipo QTN Fenótipo eqtl Intermediários QTT 36
153 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genótipo QTN Fenótipo eqtl Intermediários QTT Rede de coexpressão 36
154 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genótipo QTN Fenótipo eqtl Intermediários QTT Rede de coexpressão Rede biológica direcionada 36
155 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genótipo QTN Fenótipo eqtl Intermediários QTT Rede de coexpressão Rede biológica direcionada Transcritos causais vs. Associações consequentes 36
156 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Genótipo QTN Fenótipo eqtl Intermediários QTT Rede de coexpressão Rede biológica direcionada Transcritos causais vs. Associações consequentes Dependência condicional 36
157 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Rockman, Nature, 2008; Mackay et al., Nature Reviews Genetics,
158 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Rockman, Nature, 2008; Mackay et al., Nature Reviews Genetics,
159 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Rockman, Nature,
160 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Rockman, Nature,
161 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Rockman, Nature,
162 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Zou et al., BMC Bioinformatics,
163 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics,
164 3. GENÉTICA DE SISTEMAS Fonte: Ayroles et al., Nature Genetics,
165 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS 42
166 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder 42
167 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder Contexto biológico 42
168 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder Contexto biológico Fenótipos, genótipos e indivíduos 42
169 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder Contexto biológico Fenótipos, genótipos e indivíduos Amostras e condições 42
170 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder Contexto biológico Fenótipos, genótipos e indivíduos Amostras e condições Proteínas, metabólitos e epigenética 42
171 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder Contexto biológico Fenótipos, genótipos e indivíduos Amostras e condições Proteínas, metabólitos e epigenética Novas tecnologias x Desafios estatísticos 42
172 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Poder Contexto biológico Fenótipos, genótipos e indivíduos Amostras e condições Proteínas, metabólitos e epigenética Novas tecnologias x Desafios estatísticos Questões em genética quantitativa evolutiva 42
173 OBRIGADO!
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