Genética de populações. Nágela Gomes Sáfady

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1 Genética de populações Nágela Gomes Sáfady

2 Bactérias são microrganismos com uma alta capacidade de se reproduzir Reprodução assexuada Geração de clones rapidamente Tempo de geração: tempo decorrido desde o nascimento de uma geração até o nascimento da próxima E. coli: 17 minutos

3 Reprodução das bactérias: Fissão binária! Faz clones, ou cópias geneticamente idênticas, da bactéria progenitora Não fornece diversidade genética

4 A variação é essencial para a perpetuação da espécie Todos os indivíduos com a mesma composição alélica, qualquer alteração do ambiente representaria alto risco para sua manutenção Todos os indivíduos teriam alta chance de ser eliminados Variantes na população = sobrevivência

5 Evolução Evolução: Mudanças das frequências dos diferentes genes presentes numa população ao longo do tempo Variabilidade genética de uma população é a matéria-prima da evolução Diferentes alelos, ocorrendo com diferentes frequências são importantes para tolerar mudanças e aumentar as chances de adaptação às novas condições Mutação, recombinação, deriva genética, migração e seleção

6 Evolução- Mutação Mutação: Qualquer alteração herdável presente no material podem se restringir a um único nucleotídeo ou envolver grandes porções do genoma A mutação é a principal fonte de variação genética para que mudanças evolutivas ocorram Problemas associados ao manejo de doenças de plantas têm relação com mutações Plantas transgênicas resistentes

7 Evolução- Mutação A mutação não é um processo eficiente para alterar uma população em curto espaço de tempo Diferentes processos evolutivos afetam as populações simultaneamente A ocorrência conjunta de mutação e recombinação, por exemplo, pode permitir alcançar muito mais rapidamente a combinação de alelos favoráveis para a população

8 Evolução- Recombinação Recombinação Qualquer evento que tem como consequência a troca de material genético entre indivíduos Crossing-over : Processo clássico Bactérias são haplóides Diferentes processos contribuem para a troca de material genético entre indivíduos conjugação, transdução e transformação

9 Recombinação- Transformação uma bactéria absorve o DNA do seu ambiente Se o DNA está sob a forma plasmídeo, ele pode ser copiado na célula receptora e transferido para seus descendentes

10 Recombinação- Transdução Os vírus que infectam as bactérias transferem pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra Transferência de material genético de um hospedeiro para outro em uma nova infecção

11 Recombinação - Conjugação A célula doadora se aproxima da bactéria receptora usando uma estrutura chamada de pilus, o DNA é transferido entre as células Fator de fertilidade (ou fator F) Se o fator F é transferido durante a conjugação, a célula receptora se transforma em uma doadora F+

12 Elementos de transposição DNA que "saltam" de um lugar para outro dentro de um genoma, cortando e se colando ou inserindo cópias de si mesmo em novas regiões Em bactérias, elementos de transposição às vezes carregam genes de resistência aos antibióticos e de patogenicidade Se um destes elementos de transposição "salta" do cromossomo para um plasmídeo, os genes que ele carrega podem ser facilmente passados para outras bactérias por transformação ou conjugação

13 Evolução: Deriva genética Deriva genética Em todas as populações ocorrem flutuações aleatórias nas frequências dos alelos nelas presentes quanto menor o tamanho das populações, mais pronunciados serão os efeitos da deriva genética Diminuição do numero de indivíduos =alelos perdidos, três processos estão associados à deriva genética: não representatividade na progênie dos genes existentes nos parentais; efeito gargalo, e efeito do fundador

14 Efeito gargalo: A redução da variabilidade genética decorrente da diminuição do tamanho da população Efeito do fundador: apenas alguns indivíduos saem de uma população fonte e fundam uma nova população em outro local

15 Evolução- Migração Migração Troca ou movimento de gametas, de indivíduos e populações em uma escala geográfica (McDermott & McDonald, 1993) Populações de fitopatógenos podem estar subdivididas tanto fisicamente como geneticamente em diferentes ambientes Migração homogeneíza as frequências alélicas entre as populações

16 Evolução- Seleção Seleção Resultado de uma taxa diferenciada de reprodução e sobrevivência de um genótipo Genótipos capazes de se reproduzir mais eficientemente ou possuem boa capacidade de sobrevivência numa dada condição serão perpetuados É necessário que: (I) haja variação fenotípica; (II) a variação fenotípica seja herdável; (III) a variação fenotípica afete a adaptabilidade ou valor o adaptativo

17 Detecção de variação Nos estudos de seleção, normalmente se busca detectar evidências de ocorrência deste mecanismo evolutivo.. A escolha do melhor método depende da pergunta que se quer responder e também do tipo dos dados disponíveis para análise A Genética de Populações de fitopatógenos visa compreender o desenvolvimento de populações afetado por fatores ecológicos e genéticos

18 Detecção de variação Por que se preocupar com a genética de populações de fitopatógenos? Porque fitopatógenos evoluem; populações de patógenos são dinâmicas e respondem de forma ativa às práticas agrícolas O conhecimento estrutura genética da população do fitopatógeno e dos mecanismos evolutivos que a afetam contribuem para aumentar a eficiência de todas as medidas de controle de doenças de plantas

19 Detecção de variação Aloenzimas constituíam-se em excelentes marcadores para estudos de variabilidade genética em populações de fitopatógenos 1980 Marcadores moleculares desenvolvimento de marcadores baseados em PCR (Reação de Cadeia de Polimerase) Revolução genômica: tornou-se possível o sequenciamento completo do genoma

20 Detecção de variação Marcadores genéticos são características que permitem diferenciar indivíduos. Os tipos de marcadores são: - Morfológicos: Característica fenotípica de fácil identificação visual e mensuração. - Bioquímicos: isoenzimas - Moleculares: Característica molecular derivado de um gene expresso ou um segmento de DNA relacionado a um gene de interesse.

21 Detecção de variação Restriction fragment length polymorphism (RFLP) e randomly amplified polymorphic DNA (RAPD): Não é eficiente para distinguir entre estirpes similares Pode ser utilizada em análises rotineiras SSR: Short sequence reapets Altamente polimórfico 9 à 100 pares de bases repetidos sequencialmente em loci cromossômicos Diferencia pelo comprimento da sequencia repetida em tandem Estudo de diferenças temporais e espaciais entre estirpes

22 SSR

23 Variabilidade genética SNPs: Single nucleotide polymorphism: variação na sequência de DNA que afeta somente uma base na sequência do genoma 16s DNA ribossomal Baixa taxa de evolução Identificação em nível de gênero e espécie

24 Variabilidade genética MLST: Multilocus sequence typing Monitora variações em fragmentos internos de genes housekeeping de funções básicas Qualquer alteração verificada nessas sequências é registrada como um alelo diferente O perfil alélico de uma estirpe é definido a partir da análise de todos os loci, e a cada perfil alélico define-se uma Sequence Type- ST MLST database SSR melhor em nível de população/estirpe e MLST em nível de subespécie

25 Exemplo: Xylella fastidiosa Bactéria gram-negativa; aeróbica É capaz de infectar uma grande variedade de espécies de planta Não causa doença em todas Pode se mover para cima e para baixo através do xilema A bactéria se multiplica no interior do vaso Formação de biofilme bacteriano Ocorre o estresse hídrico e de nutriente Temperatura ótima de crescimento C

26 Exemplo: Xylella fastidiosa XF pode infectar um grande número de hospedeiros 359 plantas de 75 famílias diferentes (European Food Safety Authority, 2016) Sintomas e doença variam entre as espécies infectadas Testes de transmissão cruzada Especificidade de hospedeiro: características controlada por genes Causa doenças em: Oleander, pessegueiro, amendoeiras, carvalhos, oliveiras, laranjeira-doce, café..

27 Exemplo: Xylella fastidiosa Inicialmente acreditava-se que XF seria um grande grupo Técnicas de genotipagem de DNA dividiram XF em diferentes grupos Foram reportadas pelo menos 5 diferentes subspécies: X. fastidiosa subsp. fastidiosa X. fastidiosa subsp. multiplex; X. fastidiosa subsp. pauca; X. fastidiosa subsp. sandyi X. fastidiosa subsp. tashke

28 Perfil alélico STs Xylella fastidiosa- MLST

29 Conclusões: As bactérias possuem tempo de geração bastante curto Embora a reprodução das bactérias seja assexuada, existem vários mecanismos de geração de variação entre elas A evolução das bactérias pode causar maior adaptabilidade ao ambiente Genética de populações visa compreender o desenvolvimento de populações afetado por fatores ecológicos e genéticos Os marcadores moleculares e o sequenciamento são ferramentas uteis para identificação de população e subpopulação