Aula 13 - genetica de populações

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GENES NAS POPULAÇÕES 
Profa. Dra. Merari de Fátima Ramires Ferrari 
 
Depto de Genética e Biologia Evolutiva - IBUSP 
e-mail: merari@usp.br 
Tel. 3091-8059 
 
BIO228 – GENÉTICA HUMANA 
FARMÁCIA – 2011 
Gené%ca	
  de	
  populações	
  
Estudo	
  quan%ta%vo	
  da	
  variação	
  gené%ca	
  em	
  populações	
  
	
  
•  Fatores	
  gené,cos:	
  mutação	
  	
  
•  Fatores	
  ambientais/sociais:	
  seleção	
  e	
  migração	
  
•  Fatores	
  temporais:	
  gerações	
  	
  
	
  
	
  
	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  Determinação	
  da	
  frequência	
  de	
  genó,pos	
  e	
  alelos	
  em	
  
diferentes	
  populações	
  
Frequência	
  geno<pica	
  x	
  Frequência	
  alélica	
  
Exemplo:	
  
•  Gene	
  CCR5	
  (receptor	
  de	
  citocina):	
  ponto	
  de	
  entrada	
  do	
  HIV	
  
•  deleção	
  de	
  32	
  pares	
  de	
  bases	
  nesse	
  gene	
  (ΔCCR5)codifica	
  uma	
  proteína	
  não-­‐
funcional:	
  homozigotos	
  ΔCCR5	
  são	
  resistentes	
  ao	
  HIV	
  
GENÓTIPO	
   NO.	
  DE	
  
PESSOAS	
  
FREQUÊNCIA	
  RELATIVA	
  OBSERVADA	
  
DO	
  GENÓTIPO	
  
ALELOS	
   FREQUÊNCIAS	
  
DERIVADAS	
  DE	
  ALELO	
  
CCR5/CCR5	
   647	
   0.821	
  
CCR5/ΔCCR5	
   134	
   0.168	
   CCR5	
   0.906	
  
ΔCCR5/ΔCCR5	
   7	
   0.011	
   ΔCCR5	
   0.094	
  
total	
   788	
   1	
  
Frequência	
  geno<pica	
  x	
  Frequência	
  alélica	
  
Exemplo:	
  
•  Gene	
  CCR5	
  (receptor	
  de	
  citocina):	
  ponto	
  de	
  entrada	
  do	
  HIV	
  
•  deleção	
  de	
  32	
  pares	
  de	
  bases	
  nesse	
  gene	
  (ΔCCR5)codifica	
  uma	
  proteína	
  não-­‐
funcional:	
  homozigotos	
  ΔCCR5	
  são	
  resistentes	
  ao	
  HIV	
  
GENÓTIPO	
   NO.	
  DE	
  
PESSOAS	
  
FREQUÊNCIA	
  RELATIVA	
  OBSERVADA	
  
DO	
  GENÓTIPO	
  
ALELOS	
   FREQUÊNCIAS	
  
DERIVADAS	
  DE	
  ALELO	
  
CCR5/CCR5	
   647	
   0.821	
  
CCR5/ΔCCR5	
   134	
   0.168	
   CCR5	
   0.906	
  
ΔCCR5/ΔCCR5	
   7	
   0.011	
   ΔCCR5	
   0.094	
  
total	
   788	
   1	
  
(2x647)+(1x134)	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  (788x2)	
  
=0.906	
  CCR5+ΔCCR5=1	
  
ΔCCR5=0.094	
  
Frequência	
  geno<pica	
  x	
  Frequência	
  alélica	
  
Exemplo:	
  
•  Gene	
  CCR5	
  (receptor	
  de	
  citocina):	
  ponto	
  de	
  entrada	
  do	
  HIV	
  
•  deleção	
  de	
  32	
  pares	
  de	
  bases	
  nesse	
  gene	
  (ΔCCR5)codifica	
  uma	
  proteína	
  não-­‐
funcional:	
  homozigotos	
  ΔCCR5	
  são	
  resistentes	
  ao	
  HIV	
  
GENÓTIPO	
   NO.	
  DE	
  
PESSOAS	
  
FREQUÊNCIA	
  RELATIVA	
  OBSERVADA	
  
DO	
  GENÓTIPO	
  
ALELOS	
   FREQUÊNCIAS	
  
DERIVADAS	
  DE	
  ALELO	
  
CCR5/CCR5	
   647	
   √0.821=0.906	
  
CCR5/ΔCCR5	
   134	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  0.168	
   CCR5	
   0.906	
  
ΔCCR5/ΔCCR5	
   7	
   √0.011=0.094	
   ΔCCR5	
   0.094	
  
total	
   788	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  1	
  
Frequência	
  geno<pica	
  x	
  Frequência	
  alélica	
  
Exemplo:	
  
•  Gene	
  CCR5	
  (receptor	
  de	
  citocina):	
  ponto	
  de	
  entrada	
  do	
  HIV	
  
•  deleção	
  de	
  32	
  pares	
  de	
  bases	
  nesse	
  gene	
  (ΔCCR5)codifica	
  uma	
  proteína	
  não-­‐
funcional:	
  homozigotos	
  ΔCCR5	
  são	
  resistentes	
  ao	
  HIV	
  
GENÓTIPO	
   NO.	
  DE	
  
PESSOAS	
  
FREQUÊNCIA	
  RELATIVA	
  OBSERVADA	
  
DO	
  GENÓTIPO	
  
ALELOS	
   FREQUÊNCIAS	
  
DERIVADAS	
  DE	
  ALELO	
  
CCR5/CCR5	
   647	
   √0.821=0.906	
  
CCR5/ΔCCR5	
   134	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  0.168	
   CCR5	
   0.906	
  
ΔCCR5/ΔCCR5	
   7	
   √0.011=0.094	
   ΔCCR5	
   0.094	
  
total	
   788	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  1	
  
Consideremos:	
  
p=	
  frequência	
  populacional	
  do	
  alelo	
  dominante	
  (p=0.906)	
  
q=	
  frequencia	
  populacional	
  do	
  alelo	
  recessivo	
  (q=0.094)	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  
Em	
  uma	
  população	
  em	
  equilíbrio:	
  
AA	
   Aa	
   aa	
  
Gametas A 
p=0.906 
a 
q=0.094 
A 
p=0.906 
AA 
p2 
Aa 
pq 
a 
q=0.094 
Aa 
pq 
aa 
q2 
AA	
  
Aa	
  
aa	
  
Hardy	
  
Weinberg	
  
p+q=1	
  	
  
(p+q)2=1	
  
Premissas:	
  
1)  População	
  infinitamente	
  grande	
  	
  
2)  Casamentos	
  aleatórios	
  (panmixia)	
  
3)  Manutenção	
  da	
  frequências	
  dos	
  alelos	
  ao	
  longo	
  das	
  gerações,	
  porque:	
  
	
  a)	
  não	
  há	
  taxa	
  de	
  mutação	
  relevante	
  
	
  b)	
  não	
  há	
  seleção	
  contra	
  ou	
  a	
  favor	
  de	
  qualquer	
  genóHpo	
  em	
  parHcular	
  
	
  c)	
  não	
  houve	
  migração	
  significaHva	
  de	
  indivíduos	
  com	
  frequências	
  
alélicas	
  muito	
  diferentes	
  da	
  população	
  naHva.	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  
Tipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas 
M LMLM 1787 
MN LMLN 3039 
N LNLN 1303 
 TOTAL = 6129 
A	
  população	
  observada	
  está	
  em	
  equilíbrio	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg?	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  
Tipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas Frequência observada 
M LMLM 1787 1787/6129=0,2916 
MN LMLN 3039 3039/6129=0,4958 
N LNLN 1303 1303/6129=0,2126 
 TOTAL = 6129 Total=1 
A	
  população	
  observada	
  está	
  em	
  equilíbrio	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg?	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  
Tipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas Frequência observada 
M LMLM 1787 1787/6129=0,2916 
MN LMLN 3039 3039/6129=0,4958 
N LNLN 1303 1303/6129=0,2126 
 TOTAL = 6129 Total=1 
A	
  população	
  observada	
  está	
  em	
  equilíbrio	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg?	
  
q	
  =	
  0,4605	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  p	
  =	
  0,5395 	
  
	
   	
  	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  
Tipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas Frequência observada 
M LMLM 1787 1787/6129=0,2916 
MN LMLN 3039 3039/6129=0,4958 
N LNLN 1303 1303/6129=0,2126 
 TOTAL = 6129 Total=1 
A	
  população	
  observada	
  está	
  em	
  equilíbrio	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg?	
  
q	
  =	
  0,4605	
  
p	
  =	
  0,5395	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  
Genótipo Frequência esperada 
LMLM p2 = (0,5395)2 = 0,2911 
LMLN 2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968 
LNLN q2 = (0,4605)2 = 0,2121 
Tipo sanguíneo Genótipo Número de pessoas Frequência observada 
M LMLM 1787 1787/6129=0,2916 
MN LMLN 3039 3039/6129=0,4958 
N LNLN 1303 1303/6129=0,2126 
 TOTAL = 6129 Total=1 
A	
  população	
  observada	
  está	
  em	
  equilíbrio	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg?	
  
q	
  =	
  0,4605	
  
p	
  =	
  0,5395	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  
Genótipo Frequência esperada 
LMLM p2 = (0,5395)2 = 0,2911 
LMLN 2pq = 2 (0,5395) (0,4605) = 0,4968 
LNLN q2 = (0,4605)2 = 0,2121 
Fenótipo Genótipo Número de pessoas Frequência observada 
Normal AA 322 322/1936=0,1663 
Normal Aa 1567 1567/1936=0,8094 
Anemia falciforme aa 47 47/1936=0,0242 
 TOTAL = 1936 Total=1 
A	
  amostra	
  abaixo	
  foi	
  re,rada	
  de	
  uma	
  população	
  da	
  África	
  central
q	
  =	
  0,1557	
  
p	
  =	
  1	
  -­‐	
  q	
  =	
  0,8443	
  
	
  	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  2	
  
Genótipo Frequência esperada 
AA p2 = 0,7128 
Aa 2pq = 0,2629 
aa q2 = 0,0242 
Fenótipo Genótipo Número de pessoas Frequência observada 
Normal AA 322 322/1936=0,1663 
Normal Aa 1567 1567/1936=0,8094 
Anemia falciforme aa 47 47/1936=0,0242 
 TOTAL = 1936 Total=1 
A	
  amostra	
  abaixo	
  foi	
  re,rada	
  de	
  uma	
  população	
  da	
  África	
  central	
  
q	
  =	
  0,1557	
  
p	
  =	
  1	
  -­‐	
  q	
  =	
  0,8443	
  
	
  	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  exercício	
  2	
  
Genótipo Frequência esperada 
AA p2 = 0,7128 
Aa 2pq = 0,2629 
aa q2 = 0,0242 
Questões	
  para	
  reflexão:	
  
	
  
-­‐ 	
  Porque	
  o	
  alelo	
  da	
  hemofilia	
  é	
  raro	
  em	
  todas	
  as	
  populações	
  humanas	
  enquanto	
  
o	
  alelo	
  que	
  causa	
  anemia	
  falciforme	
  é	
  tão	
  comum	
  em	
  algumas	
  populações	
  
africanas?	
  
-­‐ 	
  Que	
  mudanças	
  esperar	
  na	
  frequência	
  de	
  anemia	
  falciforme	
  em	
  uma	
  população	
  
que	
  recebe	
  migrantes	
  africanos?	
  
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
variação 
não variação 
EXTINÇÃO!! 
Malária Sobrevivência 
Importância	
  da	
  variação	
  gené%ca	
  
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
•  Mutação 
•  Migração 
•  Seleção natural 
• Deriva genética 
•  Casamento preferencial 
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
•  Mutação 
•  Migração 
•  Seleção natural 
• Deriva genética 
•  Casamento preferencial 
• 	
  Cria	
  novos	
  alelos	
  
• 	
  Fonte	
  final	
  de	
  toda	
  variação	
  gené,ca	
  
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
•  Mutação 
•  Migração 
•  Seleção natural 
• Deriva genética 
•  Casamento preferencial 
• 	
  Movimento	
  de	
  indivíduos	
  entre	
  populações	
  
	
  Introduz	
  novos	
  alelos	
  “Fluxo	
  gênico”	
  
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
•  Mutação 
•  Migração 
•  Seleção natural 
• Deriva genética 
•  Casamento preferencial 
• 	
  Vantagem	
  ou	
  desvantagem	
  na	
  
sobrevivência	
  e/ou	
  reprodução	
  
divergência 
Seleção	
  natural	
  
Seleção	
  natural	
  
Exemplo:	
  anemia	
  falciforme	
  
aa – ß globina anormal 
 Anemia falciforme 
Baixa 
adaptabilidade 
Adaptabilidade 
média 
Aa – ß globina normal e anormal 
 Resistência à malária 
AA – ß globina normal 
 Vulnerável à malária 
Favorecimento	
  dos	
  heterozigotos	
  
Adaptabilidade 
alta 
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
•  Mutação 
•  Migração 
•  Seleção natural 
• Deriva genética 
•  Casamento preferencial 
•  	
  Mudança	
  gené,ca	
  ao	
  acaso	
  	
  
•  População	
  original	
  pequena	
  
•  Desvios	
  da	
  proporção	
  gênica	
  
Deriva	
  gené%ca	
  
Mudança	
  na	
  estrutura	
  gené%ca	
  
•  Mutação 
•  Migração 
•  Seleção natural 
• Deriva genética 
•  Casamento preferencial 
•  Casamento	
  não	
  aleatório	
  
•  Combinações	
  alélicas	
  não	
  aleatórias	
  
Lei	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg	
  :	
  casos	
  especiais	
  
•  Polialelia autossômica: ex. sistema sanguíneo ABO 
p=freq. A; q= freq. B; r= freq.O 
(p+q+r)2=1 
(p2;2pq,2pr;q2;2qr,r2) IAIA / IAIB / IAIO / IBIB / IBIO / IOIO 
 
•  Genes ligados ao cromossomo X 
XAXA (p2) XAXa (2pq) XaXa (q2) 
XAY (p) XaY (q) 
Freq. genotípica 
Exercício	
  1:	
  Em	
  uma	
  população	
  teórica	
  em	
  equilíbrio,	
  16%	
  dos	
  indivíduos	
  são	
  míopes	
  
e	
  o	
  restante	
  tem	
  visão	
  normal.	
  Qual	
  a	
  frequência	
  dos	
  alelos	
  recessivos	
  e	
  
dominantes	
  para	
  esse	
  caráter	
  nessa	
  população,	
  sabendo-­‐se	
  que	
  a	
  miopia	
  é	
  
determinada	
  por	
  gene	
  recessivo,	
  e	
  qual	
  é	
  a	
  frequência	
  dos	
  genó%pos?	
  	
  
	
  
p²	
  +	
  2pq	
  +	
  q²	
  =	
  1	
  
	
  	
  
p=	
  frequência	
  do	
  alelo	
  M	
  
q=	
  frequência	
  do	
  alelo	
  m	
  	
  
q2	
  =	
  16%	
  =	
  0,16	
  	
  	
  	
  à	
  q	
  =	
  √0,16	
  =	
  0,4	
  à	
  q	
  =	
  0,4	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  à	
  p	
  =	
  1-­‐q	
  à	
  p=0,6	
  	
  
Frequência	
  dos	
  alelos:	
  M(dominante)=0,6;	
  m(recessivo)=0,4	
  
	
  
	
  	
  	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  p² 	
   	
  	
  2pq 	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  q²	
  	
   	
  	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ↓	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ↓	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
   	
  	
  	
  	
  ↓	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  (0,6)²	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  2.(0,6).(0,4)	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  (0,4)²	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ↓	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ↓	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ↓	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  0,36	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  0,48	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  0,16	
  	
  
Frequência	
  geno<pica:	
  36%	
  MM;	
  	
  48	
  %	
  Mm;	
  16	
  %	
  mm	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Mais	
  exercícios	
  para	
  pra%car	
  
Exercício	
  2:	
  Considere	
  2	
  populações	
  diploides	
  e	
  uma	
  caracterís,ca	
  determinada	
  por	
  1	
  gene	
  
autossômico	
  com	
  2	
  alelos:	
  
	
   	
   	
  A1A1 	
   	
  A1A2 	
   	
  A2A2 	
   	
  TOTAL	
  
I 	
   	
   	
  1620 	
   	
  360 	
   	
  20 	
   	
  2000	
  
II 	
  	
  	
  	
  	
   	
   	
  	
  	
  	
  72 	
   	
  1104 	
   	
  24 	
   	
  1200	
  
•  Calcular	
  para	
  cada	
  população:	
  
a)  A	
  frequência	
  alélica	
  e	
  a	
  frequência	
  geno<pica	
  
População	
  I:	
  	
  A1A1=1620/2000=0,81;	
  A1A2=0,18;	
  A2A2=0,01	
  	
  	
  	
  	
  	
  A1(p)=0,9;	
  A2(q)=0,1	
  
População	
  II:	
  	
  A1A1=72/1200=0,06;	
  A1A2=0,92;	
  A2A2=0,02	
  	
  	
  	
  	
  	
  A1(p)=0,245;	
  A2(q)=0,755	
  
	
  
b)  As	
  populações	
  estão	
  em	
  equilíbrio	
  de	
  Hardy-­‐Weinberg?	
  	
  
População	
  I:	
  sim	
  
População	
  II:	
  não	
  (freq.	
  esperadas:	
  p2=0,57	
  	
  2pq=0,37	
  	
  q2=0,06)	
  
Mais	
  exercícios	
  para	
  pra%car	
  
Exercício	
   3:	
  Numa	
   população	
   em	
   equilíbrio	
   encontramos	
   1	
   indivíduo	
   albino	
   para	
  
cada	
  625	
  habitantes.	
  Considerando	
  o	
  caráter	
  albinismo	
  recessivo	
  e	
  condicionado	
  por	
  
1	
  par	
  de	
  genes
autossômicos,	
  pede-­‐se:	
  
	
  
a)	
  As	
  frequências	
  alélicas	
  e	
  genoopicas:	
  
1/625=	
  0,0016=q2	
  	
  	
  	
  q=0,04(freq.	
  a)	
  	
  	
  p=0,96	
  (freq.	
  A)	
  
Frequências	
  alélicas:	
  a=0,04;	
  A=0,96	
  
Frequências	
  genoXpicas:	
  AA=p2=0,9216;	
  Aa=2pq=0,0768;	
  aa=q2=0,0016	
  
	
  
b)	
  A	
  proporção	
  dos	
  demais	
  genó,pos	
  em	
  625	
  indivíduos:	
  
AA=	
  576	
  (0,9216x625);	
  Aa=48	
  (0,0768x625);	
  aa=1	
  
	
  
c)	
  A	
  frequência	
  esperada	
  na	
  geração	
  seguinte	
  de	
  cada	
  genó,po,	
  ocorrendo	
  acasalamentos	
  ao	
  
acaso:	
  	
  
As	
  frequências	
  não	
  mudam	
  
Mais	
  exercícios	
  para	
  pra%car