Dept. Entomologia, Fitopatologia e Zoologia Agrícola Da Genômica ao Melhoramento Luis E. Aranha Camargo Dept. Entomologia, Fitopatologia e Zoologia Agrícola ESALQ/USP Piracicaba

Genômica Ciência que analisa estrutura, composição e funcionalidade de genomas

Genômica Sequenciamento Análise estrutural Análise comparativa Grande volume de informação Bioinformática Análise estrutural Análise comparativa Mineração ou garimpagem Análise funcional (várias abordagens: SAGE, microarranjos, RT-PCR, análise in silico, etc) Objetivo:Identificar genes e suas funções

Genética x Melhoramento ESTs seqüências genômicas SAGE proteômica análise de mutantes bioinformática Genômica gene fenótipo genética vegetal variação genética variação fenotípica melhoramento vegetal O melhorista objetiva relacionar variantes de um gene (alelos)com variações em fenótipos de modo a identificar os melhores alelos

... Melhoramento genético convencional seleção seleção seleção FENÓTIPO F = G + A ... seleção melhoristas usam uma variedade de estratégias para separar os efeitos da variância genética da ambiental

Melhoramento convencional se baseia na análise de médias e variâncias para selecionar melhores genótipos pouco se sabe sobre os genes que controlam a característica seleção baseada no somatório dos efeitos dos genes que controlam a característica Melhoramento assistido por genes candidatos idéia é associar variações alélicas em certos genes candidatos com variações em fenótipos idéia tornou-se palpável a partir do desenvolvimento da Genômica mas o que são genes candidatos?

Efeito maior em maisina Efeito menor em maisina e Resistência a lagarta da espiga (McMullen et al., PNAS 95, 1998) Efeito maior em maisina e resistência Outros locos, efeito na resistência mas não em maisina Efeito menor em maisina e resistência

Projetos ESTs são fontes de genes cadidadtos TIGR Soybean Gene Index (GmGI)

Necessidade de conhecimento de vias metabólicas Genes R Lipoxigenase PAL Pr proteínas peroxidades

X Associação de alelos com fenótipos (análise de ligação) – cruzamentos experimentais X variedade resistente 0% doença variedade suscetível 60% doença genes candidatos genótipos parentais em gene candidatos pal atccctcatttggGatctaggtg atccctcatttggTatctaggtg lox cggtacacgtttaccagggtcA cggtacacgtttaccagggtcG pr-1 ggcttgacatgcaaatcagga ggcttgacatgcaaatcagga etc... Progênie de linhagens recombinantes é classificada de acordo com genótipos esperados no gene pal atccctcatttggGatctaggtg atccctcatttggTatctaggtg Doença 17% 37% Presença do alelo G a no locus pal está associada com uma reduçaõ de 54% na quantidade de doença

Problema: a lista de genes candidatos ainda é pequena pois a maioria das vias metabólicas que controlam características de importância agronômica é incompleta e aqui é onde a Genômica Funcional entra… para completar esta vias metabólicas por meio de uma série de técnicas (genética reversa e direta, análise de expressão gênica via microarranjos, SAGE, e de bancos de EST, etc.)

SAGE (aguardem…)

Hibridização in silico: auxílio na seleção de marcadores candidatos Comparações entre bibliotecas de ESTs geradas sob condições distintas podem servir de base para identificar marcadores candidatos

Comparar com biblioteca feita de RNAm de planta não inoculada inoculação Expressão de genes de resistência Produtos dos genes estarão Presentes na amostra de RNAm Comparar com biblioteca feita de RNAm de planta não inoculada

Comparação entre bibliotecas ESTs de feijoeiro geradas de plantas inoculadas ou não com Colletotrichum inoculada não inoc. Genes candidatos para cruzamentos experimentais

Expressão diferencial com Auxílio de arranjos Hibridização em microarranjos (microarrays) Permite estudar a expressão de vários genes de uma só vez Genes são dispostos em lâminas ou “chips” (Sanghyeob et al., 2004) (Gibly et al., 2004)

Expressão gênica diferencial ………… RNAm de planta inoculada cDNA cDNA Síntese de cDNA e marcação com marcadores fluorescentes hibridização cDNA Microchip contendo genes RNAm de planta não inoculada

Genes somente expressos em plantas inoculadas Expressão em ambas situações Gene somente expresso em plantas não inoculadas

Análise de expressão gênica de indivíduos fenotipicamente distintos - descoberta de genes candidatos e.g.- análise da expressão gênica de fenótipos extremos de uma população segregante X RNAm RNAm Diferenças em expressão gênica devem Ser específicas ao fenótipo e Genótipo que separam os grupos Perfil de expressão Genes candidatos Schadt et al., Nature 2003, 422:297-302

Genômica x Melhoramento Bioinformática SNPs Vias metabólicas Microarranjos GENÔMICA SAGE Sequenciamento genômico EST Análise in silico MELHORAMENTO genes candidatos para análise de ligação em cruzamentos experimentais

Obrigado! Luis E. Aranha Camargo leacamar@esalq.usp.br