Evolução Molecular Metodologias de Análise

Apresentação em tema: "Evolução Molecular Metodologias de Análise"— Transcrição da apresentação:

1 Evolução Molecular Metodologias de Análise
Ricardo Lehtonen Rodrigues de Souza Laboratório de Polimorfismos e Ligação Depto de Genética – UFPR

2 Dados Moleculares x Morfológicos
Hereditários Descrição não ambígua Mais fácil estabelecer homologia Permite comparações de espécies distantes Abundantes Fatores ambientais Diferenças de classificação

3 Evolução Molecular As mutações genéticas são a matéria prima do processo evolutivo. A taxa de mudança gênica pode ser usada para medir a evolução.

4 Evolução Molecular Seqüências de DNA mudam lentamente
Não é possível observar diretamente a evolução Comparação de 2 ou mais seqüências homólogas (descendem de um ancestral comum)

5 Modelo de um parâmetro (Jukes e Cantor)
A taxa de substituição em cada direção é  A taxa de substituição para qualquer nt é 3  A probabilidade que um nt não mude é 

6 Modelo de 2 parâmetros (Kimura)
A taxa de transição é  A taxa de transversão é  Considera  e , pois transições são mais freqüentes que transversões

7 Tipos de substituições entre 2 seqüências
Substituição única Substituições seqüenciais Substituições coincidentes Substituições paralelas Substituições convergentes Retro substituição

8 Esperado Numero de diferenças Observado tempo

9 Regiões Codificadoras
Distinguir entre: Substituição sinônima Substituição não sinônima Para estimar as proporções de substituições sinônimas e não sinônimas é preciso saber, respectivamente, o número total possível de: Sítios sinônimos Sítios não sinônimos

10 Regiões Codificadoras Cálculo do número de sítios sinônimos e não sinônimos
Se i é o número de mudanças sinônimas em um sítio, esse sítio é contado separadamente como: i/3 sinônimo  (Ns =  i/3) (3-i)/3 não sinônimo  [Na =  (3-i/3)]

11 Regiões codificadoras
Ks = - 3/4 ln (1 - 4Ms/3Ns) Ka = - 3/4 ln (1 - 4Ma/3Na) Ks e Ka : proporção de diferenças sinônimas e não sinônimas por sítio sinônimo e não sinônimo, respectivamente. Ms e Ma : número respectivo de diferenças sinônimas e não sinônimas observadas,. Ns e Na : número respectivo de sítios sinônimos e não sinônimos esperados.

12 Mudanças Evolutivas Substituição de aminoácidos

13 Substituição de Aminoácidos
A proporção (p) de diferentes aminoácidos entre duas seqüências: p = n/L n: número de aminoácidos diferentes L: comprimento da seqüência O número de substituições de aminoácidos por sítio (d): d = - ln (1-p)

14 Algumas substituições de aminoácidos requerem mais substituições de nt
Ile  Thr : uma mudança AUU  ACU AUC  ACC AUA  ACA Ile  Cys: duas mudanças AUU (Ile)  AGU (Ser)  UGU (Cys) AUU (Ile)  UUU (Phe)  UGU (Cys)

15 Substituição de Nucleotídeos
Taxas e Padrões

16 Taxa de substituição de nucleotídeos
Divergência de 2 seqüências homólogas a partir do ancestral comum r = K/2T r = no de substituições por sítio/ano K = no médio de substituições T = tempo desde a divergência

17 Normalmente consideramos o tempo de divergência das seqüências como igual ao tempo de divergência das 2 espécies Mas, em espécies próximas, podemos estar vendo diferenças que já estavam presentes no ancestral comum A duplicação das seqüências pode ocorrer independente da especiação

18 Seqüência comum ancestral
Espécie Ancestral especiação Tempo Gorila Homem

19 As seqüências divergiram há mais tempo que as espécies
Se for usado o tempo de divergência das espécies, a taxa de substituição será superestimada

20 Regiões Codificadoras
Taxas de substituições sinônimas (S) e não sinônimas (NS) em genes de proteínas em mamíferos. Médias: NS: 0,74 S: 3,51

21 Regiões codificadoras e não codificadoras: comparando seqüências e descobrindo genes

22 Padrões de substituição
Diferenças nas pressões seletivas Alguns poucos aminoácidos em um ponto crítico Região do grupo Heme na Hemoglobina O restante só precisa ser hidrofílico Toda a proteína Histona 4 A proteína toda está em contato com o DNA ou proteínas Quanto mais importante a função, mais lenta a taxa de evolução

23 Padrões de substituição
Padrões de substituição podem dar informações sobre a função da proteína Genes diferentes evoluem a taxas diferentes Aminoácidos conservados são críticos para a função da proteína

24 Distâncias físico-químicas entre os aminoácidos

25 Distâncias físico-químicas entre pares de aminoácidos

26 Cerca de 60-90% das trocas de aa envolvem o 1o ou 2o vizinhos do anel

27 Relógio Molecular Número de mudanças é proporcional ao tempo
Então, usando o número de mudanças é possível estimar o tempo de divergência entre espécies ou entre genes Pré-requisito: taxa de evolução constante

28 Obtenção das seqüências
Seqüenciamento Bancos de dados

29 Bancos de dados Entrez http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Entrez/
GenBank: bases (fev 08)

30 Entrez

31 Busca de seqüências

32 Busca de seqüências

33 Alinhamento de seqüências
ClustalW BioEdit Mega

34 BioEdit

35 Métodos de construção de árvores filogenéticas
Métodos baseados em distância UPGMA – considera a árvore como aditiva e que todos os táxons estão igualmente distantes da raiz. Evolução mínima – estima-se para cada árvore alternativa o comprimento de cada braço a partir das distâncias entre os táxons. A árvore escolhida é a que tem menor somatória do comprimento de braços.

36 Métodos de construção de árvores filogenéticas
Agrupamento de vizinhos (Neighbor Joining): Baseado no método de evolução mínima – não examina todas as topologias possíveis, mas procura encontrar vizinhos que minimizem o comprimento total da árvore.

37 Métodos de construção de árvores filogenéticas
Métodos baseados em caráter Máxima Parcimônia: o método assume o critério da parcimônia, minimizando o número de passos evolutivos aceitos na árvore Máxima verossimilhança: considera todos os sítios indistintamente Análise Bayesiana: probabilidades a posteriori

38 Métodos de construção de árvores filogenéticas
Vários desses métodos estão implementados no programa Mega Também no pacote de programas Phylip:

39 Exemplos Neighbor-Joining

40 Exemplos Minimum Evolution

41 Exemplos Maximum Parsimony

42 Exemplos UPGMA

43 Leitura recomendada Schneider, Horacio. Métodos de análise filogenética: um guia prático. 3a edição. Ed. Holos e SBG, 2007.