Filogeografia e Demografia

Transcrição

1 Aula 10 Filogeografia e Demografia (princípios e ferramentas estatísticas)

2 Filogeografia O que é? Ferramentas Aplicações

3 Filogeografia: O que é? O campo da ciência que estuda os princípios e processos que governam as distribuições geográficas das linhagens genealógicas atuais de uma espécie (Avise, 2000) Filogenia Filogeografia Genética de populações Área multidisciplinar

4 Filogeografia: O que é? Uma análise filogenética de dados tomados a nível de espécie e visto em um contexto da distribuição geográfica deste organismo/espécie Hickerson et al., 2010 Assim, comparando a relação evolutiva entre as linhagens geográficas e sua geográfica localização, nós podemos entender quais são os principais fatores que influenciam na distribuição de um organism.

5 Filogeografia Adão e Eva Cann et al., 1987; Nature, 325, Ke et al., 2001; Science, 5519,

6 Filogeografia Quais informações a serem consideradas durante o planejamento de um trabalho? Onde amostrar: Origem e ocorrência da espécie Origem e ocorrência do(s) hospedeiro(s) Parâmetros da história de vida: geografia da área (latitude, longitude e altitude), simbiontes, presas/predadores, polinizadores e dispersores, biologia reprodutiva, bacias geográficas, barreiras biogeográficas, impacto antrópico Sempre fazer amostragens preliminares seguidas de amostragens direcionadas

7 Filogeografia Quais informações a serem consideradas durante o planejamento de um trabalho? Qual gene utilizar: Revisão de literatura (mais importante) Mitocondriais, nucleares, cloroplastídeos N de genes, N de cópias (preferência única), genoma, pseudogenes, NUMTS, simbiontes e tamanho da sequencia Programas estatísticos

8 Filogeografia: Ferramentas Sequenciamento de genes Mitocondriais: COI, COII, NADH, 12S, 16S primeiros marcadores utilizados Nucleares: ITS1, ITS2, EF1 aumentar um número de loci (seleção, hibridização, introgressão)

9 Filogeografia: Ferramentas Marcadores moleculares Microssatélites ou SNP RFLP ou AFLP Marcadores que estimam frequência de alelos e similaridade genética entre populações não foram inicialmente propostos por Avise Mas são frequentemente utilizados para aumentar a robustez dos dados e análises.

10 Filogeografia: Ferramentas Marcadores neutros ou adaptativos Grande maioria dos trabalhos marcadores neutros Perguntas específicas pode necessitar de marcadores adaptativos Relógio molecular Taxa evolutiva do DNA mitocondrial de insetos (2% a cada 1 milhão de anos

11 Filogeografia Teoria da coalescência Em uma dada população, os alelos/haplótipos são derivados de um único ancestral comum, ou seja, os alelos coalescem (se fundem) em um único ponto no passado Haplótipo: Unidade básica da filogeografia Frag1:TTTTTTTTTTTT(H1) Frag2:TTTTTATTTTTT(H2) Frag3:TTTTTTTTTATT(H3) Frag4:TATATATATATA(H4)

12 Espaço Rede de haplótipos Filogeografia Teoria da coalescência Mutação Tempo

13 Espaço Rede de haplótipos Filogeografia Teoria da coalescência Tempo

14 Filogeografia Teoria da coalescência: fundamento teórico sobre o qual repousa a filogeografia Em uma população novos alelos/haplótipos estão sempre aparecendo por mutação Em uma dada população, os alelos/haplótipos são derivados de um único ancestral comum, ou seja, os alelos coalesce (se fundem) em um único ponto no passado O número inferior de alelos/haplótipos é esperado devido fenômenos associados a seleção natural e principalmente deriva genética

15 Filogeografia Evento de coalescência: evento que levou o aparecimento de dois alelos/haplótipos Intermediário ausente: um haplótipo não amostrado ou extinto Singletons: haplótipos únicos Haplótipo central e haplótipo ponta Haplogrupos: conjunto de haplótipos que apresentam características genéticas e/ou geográficas semelhantes

16 Filogeografia Predições com base na teoria da coalescência: Uma rede de haplótipos irá apresentar multifurcações, pois um único haplótipo ancestral pode dar origem a múltiplos haplótipos descendentes Seria extremamente improvável que todos as cópias de um ancestral tenha sofrido o mesmo evento de mutação, assim é provável que os ancestrais persistam na população juntamente com os descendentes Haplótipos de origem mais recente são encontrados irão ser encontrados nas pontas da rede e os haplótipos ancestrais na região central da rede Ancestrais são geograficamente mais espalhados enquanto os haplótipos mais recentes apresentarão distribuição mais restrita

17 Filogeografia Predições com base na teoria da coalescência: Utilizando o contexto filogenético, responda como os haplótipos a seguir apresentariam sua distribuição geográfica para serem caracterizados em populações alopátricas ou simpátricas Área 1 Área 2 Área

18 Filogeografia Predições com base na teoria da coalescência: Alopátrica Simpátrica Área 1 Área 2 Área Área 1 Área 2 Área

19 Filogeografia Predições com base na teoria da coalescência: Utilizando o contexto de genética de população, responda como os haplótipos a seguir apresentariam sua distribuição geográfica para serem caracterizados em populações ancestral ou recente Área 1 = da população ancestral Área 2 Área 3 = da mais recente

20 Filogeografia Predições com base na teoria da coalescência: 5 2 Área 1 Área 2 Área Número efetivo (Ne) Diversidade (h)

21 Filogeografia: Principais análises Rede de haplótipos Parsimônia (aplicativo TCS) Median Joining (aplicativo NETWORK)

22 Filogeografia Índices de diversidade genética Número de alelos ou haplótipos Número de sítios ou loci polimórficos ou segregantes Heterozigozidade, Fst ou equivalentes (Gst, Rst, fst) Diversidade haplotípica Diversidade nucleotídica Equilíbrio de Hardy-Weinberg

23 Filogeografia Análises filogenéticas Distância Parsimônia Verossimilhança Bayesiana

24 Demografia populacional A Demografia é uma área da ciência que estuda a dinâmica populacional. O seu objeto de estudo engloba o tamanho populacional, a estrutura e a distribuição das populações no ambiente natural. Parâmetros de diversidade e de fluxo gênico Testes de Neutralidade Testes de Distribuição irregulares Mismatch Distribuition

25 Demografia populacional Testes de Neutralidade: avaliam se as mutações existentes estão de acordo com a teoria neutra da evolução molecular. Teste D de Tajima (Tajima, 1989) Teste Fs de Fu (Fu, 1997) Ambos os testes assumem o modelo dos sítios infinitos - os sítios ao longo de uma sequência de DNA sofrem mutações independentes e irregulares (Kimura, 1969).

26 Demografia populacional Teste D de Tajima : baseia-se em dois parâmetros π (Pi) = polimorfismo médio Ѳ (Theta) = polimorfismo total Se, as mutações evoluem de acordo com o modelo neutro, existe equilíbrio (ligação HWE), cruzamento aleatório, ausência de recombinação, tamanho populacional constante... π = Ѳ

27 Demografia populacional Teste D de Tajima : interpretação D = 0, não rejeita a H 0 (neutralidade) D < 0, indica que Ѳ > π (excesso de polimorfismo de baixa frequência quando comparado o conceito de neutralidade) Expansão do tamanho populacional ou presença de seleção purificadora D > 0, indica que Ѳ < π (falta de polimorfismo de baixa frequência quando comparado o conceito de neutralidade) Redução do tamanho populacional ou presença de seleção balanceadora

28 Demografia populacional Teste Fs de Fu: este teste leva em consideração o fator temporal das mutações que geram sítios polimórficos, classificando-as como antigas e recentes aplicável principalmente quando há excesso de mutações jovens (mutações que ocorreram recentemente, com baixa frequência e que geram excesso de alelos raros) interpretação semelhante ao Teste D de Tajima

29 Demografia populacional Mismatch distribution Extremamente útil para inferir linhagens demográficas e genealógicas recentes Avalia a distribuição das distâncias genéticas entre haplótipos par a par. A hipótese nula é de expansão/declínio populacional Utilizado em conjunto com os testes de neutralidade

30 Demografia populacional Mismatch distribution