Evolução Molecular O uso de macromoléculas como documentos históricos.

Apresentação em tema: "Evolução Molecular O uso de macromoléculas como documentos históricos."— Transcrição da apresentação:

1 Evolução Molecular O uso de macromoléculas como documentos históricos

2 Ciências Históricas Análise de documentos – Perda pela ação do tempo – Perda por acidentes ou ações criminosas O historiador deve ser capaz de reunir a documentação disponível e tentar reconstruir um evento a partir dela Novas evidências – Corroboram a história – Modificam a interpretação

3 Evolução Ciência Histórica Documentos – Organismos fósseis Caracteres morfológicos Datação – Organismos atuais Caracteres Morfológicos Aspectos comportamentais Fisiologia Moléculas

4 Morfologia Primeira ferramenta utilizada – Propiciou grandes descobertas – Permite o estudo dos fósseis Grande influência do ambiente – Desenvolvimento – História de vida – Plasticidade fenotípica Seleção Natural – Convergência evolutiva

5 Moléculas Não sofrem necessariamente a ação do ambiente – A variação é considerada neutra Mecanismos de modificação bem conhecidos pela genética molecular – Replicação do DNA – Mutações – Mecanismos de reparo Análise estatística e probabilística

6 Alguns conceitos básicos Antes de começar com a evolução molecular propriamente dita...

7 1- Árvores

8 Árvores filogenéticas Representações gráficas da história dos organismos – Mostra as relações de parentesco entre eles A figura ao lado mostra a primeira árvore filogenética – Idealizada por Charles Darwin

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10 Como olhar para uma árvore filogenética? A B C D E F G H I B C D E F H G I Nó terminal A Ramo terminal Ramo ancestral Nó ancestral Ou nó basal Espécie irmã

11 Ramo terminal Ramo ancestral Nó terminal Nó ancestral Espécies irmãs Nó ancestral Ou nó basal

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19 Tempo

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21 Que tipo de coisas uma árvore filogenética pode representar? Tempo A B C D E OTUs alinhadas Nós terminais alinhados A B C D E

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23 B D E C A 1 unidade 2 1 1 6 2 2 3 2 Que tipo de coisas uma árvore filogenética pode representar? OTUs desalinhadas: Os tamanhos dos ramos representam o número de modificações desde cada nó ancestral

24 A raiz é necessária?

25 Raizes e Outgroups... Para poder ter uma noção de tempo, é preciso enraizar a árvore Se o objetivo for só inferir as relações entre as OTUs, não é necessário enraizar.

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29 2-Teoria Neutralista

30 Kimura (1968) Alta variabilidade molecular Os fatores mais importantes na evolução molecular dos organismos são: – Oscilação aleatória dos genes – Seleção Purificadora – Mutações Seleção positiva: efeito eventual Teoria Neutralista

31 Concepções equivocadas: – Moléculas seletivamente neutras não têm função – As substituições neutras são apenas ruído – A teoria neutralista rejeita a Seleção Natural

32 Teoria Neutralista Concepções equivocadas: – Moléculas seletivamente neutras não têm função – As substituições neutras são apenas ruído – A teoria neutralista rejeita a Seleção Natural

33 Teoria Neutralista Concepções equivocadas: – Moléculas seletivamente neutras não têm função – As substituições neutras são apenas ruído – A teoria neutralista rejeita a Seleção Natural

34 3-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...

35 Relógio Molecular

36 Homologia Um caráter é homólogo em dois organismos se foi herdado por ambos a partir de seu ancestral comum. Para análise de sequências: – Não existe percentagem de homologia: ou uma seqüência é homóloga, ou não é – Quanto maior a similaridade entre as seqüências, maior a probabilidade de serem homólogas – No entanto, duas seqüências podem ser homólogas e não apresentar similaridades (depende do tempo de divergência entre elas)

37 Duplicação Gênica Aumento da quantidade de genes nas células Freqüente formação de pseudo-genes – genes que foram desligados Leva à construção de árvores de genes, e não de espécies... Antes da duplicação Depois da duplicação Área da duplicação

38 Duplicação Gênica

39 Ortólogos Parálogos

40 Xenologia Resultado de transmissão horizontal. – Ex: Elemento P em Drosophila. – Muito importante na análise de árvores filogenéticas moleculares de microorganismos, especialmente vírus e bactérias.

41 Analogia Convergência evolutiva. – O ancestral comum possuía esta característica? Sim: Homólogas Não: Análogas – Dificilmente ocorrem analogias em caracteres moleculares

42 Filogenia Molecular Propriamente dita...

43 Vantagens e desvantagens Vantagens: A comparação entre organismos muito diferentes é possível Uso de genes diferentes para diferentes problemas A evolução molecular é melhor compreendida que a morfológica Existem modelos e testes Relógio molecular e Neutralismo - Teoricamente é possível datar os eventos de divergência.

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45 Vantagens e desvantagens Desvantagens: – Técnicas mais caras – Uso de produtos cancerígenos e radioativos – Árvores de genes e não de espécies

46 Escolha do Gene De acordo com a taxa de substituições nucleotídicas, levando em conta o tempo estimado de divergência dos organismos a serem comparados – Pseudogenes, regiões intergênicas e íntrons são indicados para espécies próximas ou populações – Histonas são indicadas para filogenias entre reinos. O mais apropriado é testar vários genes para um mesmo problema, verificar o sinal filogenético e avaliar os resultados comuns.

47 Métodos Moleculares Extração do DNA total do organismo Reação de PCR com primers apropriados para amplificar o gene escolhido Purificação dos fragmentos Seqüenciamento

48 Bioinformática Verificação da qualidade dos cromatogramas

49 Bioinformática Busca de Seqüências na Internet EMBL http://www.ebi.ac.uk/embl/http://www.ebi.ac.uk/embl/ GenBank http://www.ncbi.nlm.nih.govhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov DDBJ http://www.ddbj.nig.ac.jp/http://www.ddbj.nig.ac.jp/ INSD http://www.insdc.org/http://www.insdc.org/

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59 Bioinformática Alinhamento das sequências

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63 Reconstrução das filogenias Métodos mais utilizados hoje: – Máxima Parcimônia Escolha da topologia que apresentar o menor número de substituições. – Máxima Verossimilhança Escolha da topologia que apresentar o maior grau de adequação a um modelo de substituição. – Evolução Mínima Escolha da topologia que apresentar o menor tamanho dos ramos - métodos geométricos » Problema: O número de topologias aumenta exponencialmente com o número de OTUs.

64 N. de OTUs N. de árvores enraizadas N. de árvores não enraizadas 211211 331331 4153 510515 6945105 710.395945 8135.135 1.395 92.027.025135.135 1034.459.4252.027.025 152,13458 x 10 14 7,90585 x 10 12 208,20079 x 10 21 2,21643 x 10 20 251,19257 x 10 30 2,53738 x 10 28 304,9518 x 10 38 8,68736 x 10 36 401,00985 x 10 57 1,31149 x 10 55 502,75292 x 10 76 2,83806 x 10 74

65 Métodos Geométricos Baseados em Distância

66 Cálculo de distâncias Faça o alinhamento das sequências e conte quantas bases diferentes há entre cada par de sequências alinhadas