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O estudo da história dos organismos através das macromoléculas...

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Apresentação em tema: "O estudo da história dos organismos através das macromoléculas..."— Transcrição da apresentação:

1 O estudo da história dos organismos através das macromoléculas...
Evolução Molecular O estudo da história dos organismos através das macromoléculas...

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 Alteração das freqüências gênicas

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

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

6 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

7 Alguns conceitos básicos...

8 1 - Árvores...

9 Árvores Filogenéticas
OTU – Unidade Taxonômica Operacional (Nó terminal) F B G Ramo Terminal I H C Nó ancestral D Ramo Ancestral E

10 Árvores Filogenéticas
2 F B 3 B 1 G 2 C 2 I H C 2 D 1 D 6 E E 1 unidade Tempo

11 Árvores Filogenéticas

12 2 - Teoria Neutralista 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

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

14 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...

15 Relógio Molecular A A1 A2 Especiação 2 mutações 1 mutação 3 mutações
Acúmulo de Diferenças

16 Relógio Molecular . n e G . v i D . n e Tempo G . v i D Tempo

17 4 - 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 sequência é homóloga, ou não é Quanto maior a similaridade entre as sequências, maior a probabilidade de serem homólogas No entanto, duas sequências podem ser homólogas e não apresentar similaridades (depende do tempo de divergência entre elas)

18 5 - Duplicação Gênica Aumento da quantidade de genes nas células
Frequente formação de pseudo-genes (genes que foram desligados) Leva à construção de árvores de genes, e não de espécies...

19 Duplicação Gênica

20 6 - Ortologia e Paralogia
a1 e a2; b1 e b2 são ortólogos a1 e b1; a1 e b2, a2 e b1... são parálogos

21 7 - Xenologia Resultado de transmissão horizontal.
Ex: Elemento P em Drosophila. Muito importante na análise de árvores filogenéticas moleculares de microorganismos, especialmente vírus e bactérias.

22 8 - Analogia Convergência evolutiva.
O ancestral comum possuía esta característica? Sim: Homólogas Não: Análogas Dificilmente ocorrem analogias em caracteres moleculares

23 Cladismo x Fenética

24 Cladistas X Feneticistas
Fenética: Taxonomia numérica OTUs (Operational Taxonomic Units) Agrupamento das espécies por similaridade morfológica global Se a taxa de evolução entre as OTUs for uniforme, a fenética oferece uma medida do tempo que separa as espécies, ou seja, o tamanho dos braços de uma árvore

25 Cladistas X Feneticistas
Cladística Henning (1950) – 1966. Tenta inferir a história evolutiva Parte de sinapomorfias Requer um grupo externo para definir plesiomorfias Problema: os cladistas crêem que seu método reconstroi a árvore verdadeira, e que o reconhecimento de sinapomorfias é a única maneira de reconstruir filogenias.

26 Cladistas X Feneticistas
Distâncias fenéticas são inconcebíveis para os cladistas Para os cladistas, mesmo caracteres moleculares, que são quantitativos e não qualitativos, deveriam ser analisados sob seu ponto de vista Hoje a maioria dos pesquisadores reconhece a superioridade filosófica da abordagem cladística, o que não invalida a fenética em filogenia, especialmente molecular

27 Finalmente... Filogenia Molecular

28 Vantagens e Desvantagens
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.

29 Vantagens e Desvantagens
Técnicas mais caras Uso de produtos cancerígenos e radioativos Árvores de genes e não de espécies

30 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.

31 Métodos Moleculares Extração do DNA total do organismo
Reação de PCR com “primers” apropriados para amplificar o gene escolhido Purificação dos fragmentos Sequenciamento

32 Métodos Moleculares Verificação da qualidade dos cromatogramas

33 Bancos de Dados EMBL http://www.ebi.ac.uk/embl/
GenBank DDBJ INSD

34 NCBI Início – dezembro/1982 – 606 entradas Incorporação de Sequências:
Submissão direta pelos autores Associação com grandes projetos de sequenciamento de genomas completos Intercâmbio com o INSD

35 NCBI Agosto/2009 – 108.431.692 entradas (sequências)
41 genomas completos de Eucariotos (649 em andamento) 6.121 genomas de Procariotos (1.457 completos) 2.567 genomas de Vírus completos. E o banco continua crescendo...

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41 Análise das Sequências
BLAST (ferramenta do NCBI) Permite a comparação rápida da sequência obtida no laboratório com as sequências presentes nos bancos de dados Permite a busca por sequências semelhantes para a construção de filogenias

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43 Análise das Seqüências
Alinhamento de bases Garante que os sítios a serem comparados são homólogos G A C T N

44 Alinhamento Alinhe as seguintes sequências proteicas... MKLSPAD
MSLSPKD MLSPAD Dica prática: Se você precisar de um computador para alinhar as suas sequências, melhor não usá-las...

45 Alinhamento ClustalW Alinhar duas sequencias T C T G C A T • • C • •

46 Alinhamento Se as sequências a serem alinhadas forem codificadoras de proteínas, é conveniente alinhar a partir da sequência de aminoácidos Se as sequências forem mRNAs, é conveniente alinhar a partir das regiões de grampos (em muitos casos, é conveniente excluir as alças dos alinhamentos)

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49 Reconstrução da Filogenia
Métodos que buscam, dentre todas as árvores possíveis, a que melhor represente a história evolutiva dos organismos estudados: 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 Problema: O número de topologias aumenta exponencialmente com o número de OTUs.

50 N. de árvores enraizadas N. de árvores não enraizadas N. de OTUs
15 2,13458 x ,90585 x 1012 20 8,20079 x ,21643 x 1020 25 1,19257 x ,53738 x 1028 30 4,9518 x ,68736 x 1036 40 1,00985 x ,31149 x 1055 50 2,75292 x ,83806 x 1074


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