LGN 313 Melhoramento Genético

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1 Departamento de Genética LGN 313 Melhoramento Genético Tema 8 Caracteres, herdabilidade e ganho genético Prof. Natal Vello natal.vello@usp.br

2 Heranças Oligogênica e Poligênica Descontínua Caracteres Qualitativos Variação Contínua Caracteres Quantitativos 2

3 Caracteres qualitativos Segregações conhecidas (mendelianas): p.ex. 3:1 ou 1:2:1 (um gene) e 9:3:3:1 (dois genes) Dominância, dominância parcial Os estudos qualitativos são feitos a nível de indivíduos e a interpretação da herança é feita com base na contagem e proporções definidas pelos resultados observados nas descendências dos cruzamentos Testes estatísticos: Qui-quadrado ( χ2) 3

4 Caracteres qualitativos: exemplos Cor do tegumento dos grãos de milho 4

5 Caracteres qualitativos: exemplos Grãos de Milho : Normal vs Doce Geração F2 5

6 Caracteres quantitativos Genética Quantitativa: estuda os caracteres quantitativos, os quais distinguem-se dos caracteres qualitativos nos seguintes aspectos: -Herança poligênica: os caracteres quantitativos são, em geral, regulados por vários genes. -Estudo a nível de populações e baseado na estimação de parâmetros tais como média, variância e covariância. - Variações contínuas e efeito do meio. Como regra geral, os caracteres quantitativos exibem variações contínuas e são parcialmente de origem não genética, ou seja, são grandemente afetados pelo ambiente. Exemplos: Produtividade (grãos, frutos, leite, carne, ovos ), altura da planta, peso 6

7 Caracteres quantitativos: exemplos Altura de inserção de espiga em milho (cm) de 100 plantas F2 7

8 Caracteres quantitativos: exemplos Altura de inserção da espiga em milho (cm) de 100 plantas F2 N de observações Histograma: Altura de inserção da espiga Distribuição normal esperada Altura de inserção 8

9 Caracteres quantitativos: número de genes 9

10 Caracteres quantitativos: número de genes 10

11 Caracteres quantitativos: número de genes 11

12 Mais exemplos: cor das sementes Genitores Híbrido F1 Geração F2 ERVILHA (1 gene, Dominância) P1 Amarela F1 Amarela F2 Amarela P2 Verde F2 Verde TRIGO (3 genes, Aditiva) P1 Branca F1 Vermelha Rosa F2 P2 Branca Rosa Vermelha FENÓTIPOS 12

13 Caracteres Qualitativos: Cor dos grãos de ervilha (Mendel) 3,50 3,0 2,50 2,0 1,50 1,0,50,0 Distribuição em F2 Verde Amarelo F1: totalmente heterozigóticos F2: (3/4 amarelos) + (1/4 verdes) (Amarelo) 13

14 brancos Caracteres quantitativos: Cor dos grãos de trigo (Nilsson Ehle) rosas vermelhos F2 brancos rosas vermelhos 14

15 Nº genes, Nº genótipos, Tamanho da população Exemplo: n = 3 locos gênicos; m 1 = m 2 = m 3 = 2 alelos/loco X X 15

16 Genótipos possíveis: C 1 C 1 B 1 B 1 C 1 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 A 1 A 1 B 1 B 2 C 1 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 B 2 B 2 C 1 C 2 C 2 C C 1 C 1 B 1 B 1 C 1 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 A 1 A 2 B 1 B 2 C 1 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 B 2 B 2 C 1 C 2 C 2 C C 1 C 1 B 1 B 1 C 1 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 A 2 A 2 B 1 B 2 C 1 C 2 C 2 C 2 C 1 C 1 B 2 B 2 C 1 C 2 C 2 C x x 16

17 Híbridos entre linhagens que diferem em N o de Pares de Alelos n pares de alelos Classes possíveis: * Gametas em F 1 Classes possíveis: Genótipos ** em F 2 Tamanho mínimo de uma população F 2 perfeita N. Fenótipos Dominância completa A, a Ação intermediária A, a ; B, b n 2 n 3 n 4 n 2 n 3 n * Número de genótipos resultantes de retrocruzamentos = número de genótipos homozigóticos ou linhagens ** Supondo que os heterozigotos em fase de associação e repulsão são equivalentes 17

18 Ação gênica tipo DOMINANTE Supondo: AA = Aa = 2 aa= 1 BB = Bb = 6 bb= 3 Genitores contrastantes P1 AABB 8 P2 aabb 4 F1 AaBb 8 F2 1 AABB 8 2 AABb 8 1 AAbb 5 2 AaBB 8 4 AaBb 8 2 Aabb 5 1 aabb 7 2 aabb 7 1 aabb 4 Média F 2 7 Genitores semelhantes P1 AAbb 5 P2 aabb 7 F1 AaBb 8 F2 1 AABB 8 2 AABb 8 1 AAbb 5 2 AaBB 8 4 AaBb 8 2 Aabb 5 1 aabb 7 2 aabb 7 1 aabb 4 Média F

19 Ação gênica tipo SOBREDOMINANTE Supondo: AA= 2 Aa= 5 aa= 1 BB = 6 Bb= 8 bb= 3 Genitores contrastantes P1 AABB 8 P2 aabb 4 F1 AaBb 13 F2 1 AABB 8 2 AABb 10 1 AAbb 5 2 AaBB 11 4 AaBb 13 2 Aabb 8 1 aabb 7 2 aabb 9 1 aabb 4 Média F 2 9,5 Genitores semelhantes P1 AAbb 5 P2 aabb 7 F1 AaBb 13 F2 1 AABB 8 2 AABb 10 1 AAbb 5 2 AaBB 11 4 AaBb 13 2 Aabb 8 1 aabb 7 2 aabb 9 1 aabb 4 Média F 2 9,5 19

20 Ação gênica tipo ADITIVA Supondo: A = 2 a = 1 B = 6 b = 3 Genitores contrastantes P1 AABB 16 P2 aabb 8 F1 AaBb 12 F2 1 AABB 16 2 AABb 13 1 AAbb 10 2 AaBB 15 4 AaBb 12 2 Aabb 9 1 aabb 14 2 aabb 11 1 aabb 8 Média F 2 12 Genitores semelhantes P1 AAbb 10 P2 aabb 14 F1 AaBb 12 F2 1 AABB 16* 2 AABb 13 1 AAbb 10 2 AaBB 15 * 4 AaBb 12 2 Aabb 9* 1 aabb 14 2 aabb 11 1 aabb 8 * Média F 2 12 *segregantes transgressivos 20

21 Tipo de ação gênica e melhoramento Ausência de Interação Recomendação Presença de Interação Recomendação ALÉLICA Aditividade alélica Homozigotos Algum grau de dominância ou sobredominância Heterozigotos NÃO ALÉLICA Aditividade não-alélica Homozigotos Epistase?= f(tipo) LOCO A LOCO B TIPO DE EPISTASE MELHORAMENTO Homozigoto Homozigoto (A x A) Aproveita homozigotos Homozigoto Heterozigoto Heterozigoto Homozigoto (A x D) Nem homozigotos Nem heterozigotos Heterozigoto Heterozigoto (D x D) Aproveita heterozigotos 21

22 Propriedades da herança poligênica ou quantitativa A segregação ocorre para nº grande de genes que controlam o caráter. Cada gene contribui para o valor total fenotípico com uma pequena parcela. Entre os muitos genes que controlam um caráter poligênico ocorrem várias ações gênicas: Dominante, Aditiva, Sobredominante, Epistática. A expressão fenotípica de caracteres poligênicos é consideravelmente alterada por pequenas diferenças do ambiente a que estão expostos os membros de uma dada população. A maioria das populações carrega uma grande reserva de variabilidade genotípica (população heterogênea). Dependendo da ação gênica da maioria dos genes que controla o caráter, tem-sediferentesdistribuiçõesemf 2. OBSERVANDO A CURVA TIPO DE AÇÃO GÊNICA 22

23 Componentes da variância fenotípica : F = G + E F(1) F(2)... F(N) = = G(1) G(2)... G(N) E(1) E(2)... E(N) s F 2 s G 2 s E 2 + = + + Ex.: Plantas F2 A ser estimada Plantas de uma População auxiliar (clone, linhagem, híbrido F1) 23

24 Coeficiente de herdabilidade h 2 = 0 variação de natureza ambiental h 2 = 1 variação de natureza genética Magnitudes: Baixa: até 0,30 ex. produtividade de grãos Média: 0,31 a 0,60 ex. altura da planta Alta: > 0,60 ex. ciclo, resistência a doenças 24

25 Progresso genético na seleção (Gs) x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x População original Ganho observado: x x x x x População selecionada Multiplicação x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x População melhorada Ganho esperado: Diferencial de seleção: 25

26 Site: Página do Prof. Dr. Sérgio R. Matioli(IB/USP) Disciplina Optativa LGN 449 Genética Quantitativa e de Populações 26

27 Tema 8 Caracteres quantitativos e qualitativos Prática: exercícios sobre herdabilidade (h 2 ) e ganho na seleção (Gs) 27

28 1) Em uma propriedade foram obtidas duas capineiras, uma por sementes e a outra por mudas. Após 150 dias do plantio foram obtidos os dados do peso verde das plantas, em gramas: Capineira obtida por sementes Capineira obtida por mudas a) Pede-se: a 1 ) estimar a variância fenotípica em ambos os casos; a 2 ) explicar o que está contido nesta variância. b) Estimar a variância genética. c) Estimar a herdabilidade para a capineira obtida por sementes. d) Se forem selecionadas plantas com 900 ou mais gramas na capineira obtida por mudas, qual será a média esperada da descendência? e) Se forem selecionadas todas as plantas com mais de 1000g na capineira por sementes, qual será a média esperada da capineira melhorada?

29 Capineira

30 Fórmulas: Fórmulas: s² = [1/ (N 1)] Σ (X ij X)² = [1/ (N 1)] [Σ X 2 ij (1/N) (Σ X ij )²] s 2 F = s 2 G + s 2 E h² = s 2 G / s 2 F Ĝs = h² ds ds = X s X o X s = média da população selecionada X o = média da população original

31 Soluções exercício 1: capineira a 1 ) Sementes média = X = (1/42) ( ) = (1/42)(25949) = 617,83 s 2 F = [( ,83)² ( ,83)²] = 85122, a 2 ) Mudas média = X = (1/24) ( ) = (1/24)(19840) = 826,67 s 2 F = s 2 E = [( ,67)² ( ,67)²] = 3223,1884 = s 2 E 24 1 b) s 2 G = 85122, ,1884 = 81899,588 c) h² = s 2 G = 81899, = 96,21% ou 0,9621 s 2 F 85122,7764 d) Mudas Média = X = 826,67

32 Soluções exercício 1: capineira e) Seleção pop. Sementes: plantas > 1000 g Capineira obtida por sementes Capineira obtida por mudas X o = = 617,83g 42 X s = = 1070g 4 ds = X s X o ds = ,83 = 452,17g

33 Soluções exercício 1: capineira Ĝs = h² ds Ĝs = 0, ,17 = 435,0327g Ĝs % = (Ĝs / X o ) 100 Ĝs % = (435,0327 / 617,83) 100 = 70,4 % X m = X o + Ĝs X m = 617, ,0327 = 1052,8g

34 2) Um melhorista de essências florestais desejando melhorar a sucupira coletou sementes de todo o povoamento nativo e estacas da melhor árvore. Obteve assim, na estação experimental uma plantação por sementes e a outra por estacas. Após 3 anos ele mediu a altura das plantas (em metros) e obteve os seguintes resultados: Plantação por sementes Plantação por estacas 3,0 2,8 2,5 3,2 1,2 0,8 2,0 1,8 2,1 1,8 1,9 2,6 2,7 3,3 3,0 2,8 1,0 2,2 1,7 1,8 1,9 2,0 0,9 0,8 1,3 2,2 2,1 2,4 2,1 2,3 2,4 2,2 2,0 0,5 2,3 3,1 2,4 2,5 2,3 1,9 1,8 2,2 2,3 2,0 2,8 2,6 2,2 2,0 1,4 1,6 1,8 1,4 1,2 2,2 2,3 3,2 2,1 2,2 1,8 1,4 1,2 1,5 1,8 2,0 2,6 2,4 2,5 3,0 a) Estime a variância fenotípica nos dois casos. Qual a causa dessa variação em ambos os casos? b) Estime a variância genética. c) Estime a herdabilidade na plantação obtida por sementes e por estacas. d) Se forem selecionadas todas as plantas com três ou mais metros no povoamento obtido por sementes, qual será o ganho esperado com a seleção?

35 Sucupira

36 Soluções exercício 2: sucupira a 1 ) Sementes Média = x = (1/48) (3,0 + 2, ,0) = (1/48) (100,8) = 2,10m s 2 F = [(3,0 2,10)² (3,0 2,10)²] = 24,81 = 0, a 2 ) Estacas Média = x = (1/20) (2,0 + 1, ,0) = (1/20) (40,4) = 2,02m s 2 F = [(2,0 2,02)² (2,0 2,02)²] = 0,752 = 0,0395 = s 2 E b) s 2 F = s 2 G + s 2 E s 2 G = 0,5278 0,0395 = 0,488 c 1 ) Sementes h² = s 2 G = 0,488 = 0,924 ou 92,4 % s 2 F 0,5278 c 2 ) Estacas s 2 G = 0 e h² = 0,0 %

37 Soluções exercício 2: sucupira d) Seleção pop. sementes: plantas = > 3 m Plantação por sementes x s = 3,0 + 3,3 + 3,1 + 3,2 + 3,0 + 3,2 + 3,0 = 3,11m 7 ds = X s X o = 3,11 2,10 = 1,01m Ĝs = h² ds = 0,924 1,01 = 0,93324 m Plantação por estacas 3,0 2,8 2,5 3,2 1,2 0,8 2,0 1,8 2,1 1,8 1,9 2,6 2,7 3,3 3,0 2,8 1,0 2,2 1,7 1,8 1,9 2,0 0,9 0,8 1,3 2,2 2,1 2,4 2,1 2,3 2,4 2,2 2,0 0,5 2,3 3,1 2,4 2,5 2,3 1,9 1,8 2,2 2,3 2,0 2,8 2,6 2,2 2,0 1,4 1,6 1,8 1,4 1,2 2,2 2,3 3,2 2,1 2,2 1,8 1,4 1,2 1,5 1,8 2,0 2,6 2,4 2,5 3,0 Ĝs % = Ĝs 100 = 0, = 44,4 % X o 2,10 X m = X o + Ĝs = 2,10 + 0,93324 = 3,03 m