prof. roberth fagundes - ufop
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Prof. Roberth Fagundes
Prof. Dr. Roberth Fagundes
A variação fenotípica entre indivíduos em um população resulta dos efeitos do genótipo e do ambiente.
Hiesey, W. M., Clausen, J., & Keck, D. D. (1942). Relations between climate
and intraspecific variation in plants. American Naturalist, 5-22.
Potentilla glandulosa
Local
Tamanho
Baixa
altitude
Média
altitude
Alta
altitude
Pequenas
Médias
Grandes
Hipótese: Não há variação genéticas entre populações.
Se não há variação genética, todas as populações
crescerão igualmente.
Resultado: Houve variação no crescimento das populações.
Conclusão: efeito do ambiente + efeito dos genes
0
10
20
30
40
50
60
70
Baixa Média Alta
Alt
ura
da
pla
nta
(c
m)
Altitude
Do vale Da encosta Do topo
hábitat
limite de tolerância
Fator limitante
Flores
Sobrevivência
Sobrevivência + Crescimento + Reprodução = Fitness
Ecótipos
Potentilla nivia
Potentilla nivia nivia
Potentilla nivia insularis
Potentilla nivia chamissonis
Potentilla pulchella
Grande e peluda
Pequena e glabra
(cascalho da praia)
Pequena e peluda
(areia da praia)
17 populações
10 P. nivea
7 P. pulchella
64 medidas de forma
146 indivíduos
35 marcadores RAPD
146 indivíduos
Ordenação de
Componentes
Principais (PCO)
PCOFenótipo
Mais variação
entre que
dentro
PCOGenótipo
Potentilla niviaPotentilla nivia nivia
Potentilla nivia insularis
Potentilla nivia chamissonis
Potentilla pulchellaGrande e peluda
Pequena e glabra
(cascalho da praia)
Pequena e peluda
(areia da praia)
Sauromalus obesus
Come ervas e gramas, ou folhas
na escassez
Tamanho: 44cm
Peso: 400g
N = 20 populações
(Arizona)
Temperatura:
23.8 – 35°C
Pluviosidade:
35 – 194mm/ano
Altitude:
4 – 1.166m
Habitat: Deserto
Fre
qu
ên
cia
na
po
pu
laç
ão
(%)
Tamanho do corpo (mm)
Maior tamanho do corpo
onde chove mais
Regressão linear
A pluviosidade
aumenta com a
altitude
Variação da chuva
reduz com a
elevação
Crescimento das gramíneas =
Quantidade de recurso
Sobrevivência e Brotamento das
gramíneas =
Previsibilidade do recurso
15 jovens lagartos
6 populações: Altitude (200 – 890m)
Criou em laboratório
Hipótese: A variação no tamanho das
populações não é causada por
diferenças genéticas
Resultado:
Lagartos de áreas elevadas
crescem mais
Conclusão:
Existe variação genética em
populações vivendo em diferentes
altitudes.
Jovens de baixa altitude crescem
mais rápido
Adultos de alta altitude crescem
mais rápido
Adaptações
Condições ambientais
Baixa elevação Alta elevação
Alta frequência de
secas
Estação de
crescimento curta
Alta frequência de
chuvas
Estação de
crescimento longa
Gradiente
altitudinal
Energia
armazenada
para
sobrevivência
Pequeno
tamanho
corporal
Energia para
crescimento
e reprodução
Grande
tamanho
corporal
descrevendo dados biológicos
Fre
qu
ên
cia
na
po
pu
laç
ão
(%)
Tamanho do corpo (mm)
Variabilidade genética
Variância
Tamanho do peixe: Alimentação
Peixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Comprimento
do corpo (mm) 60 70 56 53 52 59 62 41 57 58
Comprimento do corpo (41mm; 70mm)
Amplitude: 𝐴 = max− 𝑚𝑖𝑛 = 70 − 41 = 29𝑚𝑚
Média amostral: 𝐴 = 𝑁1,𝑁2,𝑁𝑖 ÷ 𝑁 =568
10= 56,8
Mediana amostral: 𝐴 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 57, 58 = 57,5
Variância = 𝑉 = 56,2𝑚𝑚²
Desvio padrão = 𝑉 = 56,2𝑚𝑚²
Tamanho do peixe: Alimentação
Peixes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Comprimento
do corpo (mm) 60 70 56 53 52 59 62 41 57 58
Variância = 𝑉 =𝑆𝑆
𝑛−1=505,6
10−1=505,6
9= 56,2mm2
Desvio padrão ∶ 𝐷𝑃 = 𝑉 = 56,2 = 7,5𝑚𝑚
Soma do quadrados: SS = (𝑁𝑖 − 𝑋)² = 60 − 56,8 2 + 70 − 56,8 2 + 56 − 56,8 2 +53 − 56,8 2 + 52 − 56,8 2 + 59 − 56,8 2 +62 − 56,8 2 + 41 − 56,8 2 + 57 − 56,8 2 +58 − 56,8 2= 505,6mm²
Média amostral: X = 56,8mm
Comprimento do corpo de peixes = X ± DP (N) = 56,8 ± 7,5 mm (N=10)
40
45
50
55
60
65
70
Peixes
Co
mp
rim
en
to d
o c
orp
o (
mm
)
40
45
50
55
60
65
70
Peixes
Co
mp
rim
en
to d
o c
orp
o (
mm
)
máximo
mínimo
amplitudemédia
mediana
Vmax
Vmin
40
45
50
55
60
65
70
Peixes
Co
mp
rim
en
to d
o c
orp
o (
mm
)
40
45
50
55
60
65
70
Peixes
Co
mp
rim
en
to d
o c
orp
o (
mm
)
Comprimento do corpo
de peixes = X ± DP (N)
= 56,8 ± 7,5 mm (N=10)
Biólogo 1
31
29
26
29
31
25
Biólogo 2
25
26
29
31
25
31
28
31
27
27
Biólogo 3
29
25
30
27
26
29
25
26
28
29
29
27
26
27
27
Evolução é mudança nas frequências genotípicas da população.
Mudança na frequência genotípica de uma população ao longo do tempo.
12 alelos = 200 cores
Harmonia axyridris
SS = 0.81 SA = 0.18 AA = 0.01
frequência S = SS + (0.5 x SA) = 0.81 + 0.09 = 0.9
frequência A = AA + (0.5 x SA) = 0.01 + 0.09 = 0.1
frequência S + frequência A = 0.9 + 0.1 = 1
probabilidade SS = fS x fS = fS²
probabilidade SA = fS x fA + fA x FS = 2 (fS x fA)
probabilidade AA = fA x fA = fA²
SS = fS² = 0.9² = 0.81
SA = 2 x 0.9 x 0.1 = 0.18 Equilíbrio DE HARDY-WEINBERG
AA = 0.1² = 0.01
fS² + 2(fA + fS) + fS² = 1
p² + 2pq + q² = 1
SEM FATOR EVOLUTIVO, TODA A POPULAÇÃO DEVE PERMANECER COM FREQUÊNCIA GÊNICA
CONSTANTE.
Acasalamentos aleatórios
Sem mutações
Tamanho populacional grande
Sem migração
Todos os fenótipos tem fitness igual
Mutações
Reprodução sexuada
Fluxo e Restrição gênica
Seleção Natural
CARACTERÍSTICAS DOS PAIS INFLUENCIANDO A PROLE
ℎ2 =𝑉𝐺𝑉𝐹
hereditariedade
variância
genética
variância
fenotípica
ℎ2 =𝑉𝐺
(𝑉𝐺+𝑉𝐸)
ℎ2 =𝑉𝐺
(𝑉𝐺+𝑉𝐸)=
𝑉𝐺𝑉𝐺 + 0
=𝑉𝐺𝑉𝐺= 1
ℎ2 =𝑉𝐺
(𝑉𝐺+𝑉𝐸)=
0
0 + 𝑉𝐸=0
𝑉𝐸= 0
Totalmente hereditário
Nada hereditário
Variavel
X
Variável
Y
2 4
5 3
6 5
8 9
9 7
10 11
12 10
15 13
16 19
18 17
filhos
pais
RELAÇÃO ENTRE FATORES
Fator X
Fator Y
NULA LINEAR NEGATIVA LINEAR POSITIVA
MAIS MAIOR
Variavel
X
Variável
Y
2 4
5 3
6 5
8 9
9 7
10 11
12 10
15 13
16 19
18 17
MAIOR
SQ = 150
SQ = 120
SQ = 60
R² = 0.88
p = 0.03
y= 0.9x + 0.02
y = a x + b
Valor da
resposta
Valor do
fatorCoeficiente
de variação
(β)
Constante (α)
y= 0.9x + 0.02
O coeficiente é 0 e indica que não há hereditariedade
O coeficiente é médio e indica nível intermediário
de hereditariedade
O coeficiente é alto e indica nível alto de
hereditariedade
𝑟 = 𝑙𝑛(𝑥2 − 𝑙𝑛(𝑥1))/∆𝑡
taxa de
evolução
(darwins)
dimensão final
do caractere
dimensão inicial
do caractere
variação temporal
3,3
1,7
4,2
A seleção natural é resultado das diferenças em sobrevivência e reprodução entre genótipos devido em resposta à pressões ambientais.
A seleção natural age quando a variação
fenotípica, devido a variabilidade genética,
responde à pressões ambientais.
Organismos geram organismos semelhantes
Existem variações entre organismos em uma população que são herdáveis
A cada geração nascem mais organismos que o ambiente suporta.
Alguns organismos sobrevivem e reproduzem mais devido a características físicas e comportamentais próprias (adaptações)
Princípio da variabilidade genética
Princípio da hereditariedade
Principio da reprodução diferencial
Princípio da sobrevivência
Seleção Natural é o mecanismo evolutivo que resulta
do diferencial de sobrevivência e reprodução entre
fenótipos sob determinada pressão ecológica.
Grandes almofadas, muda de cor
Corpo comprido, membros e calda
finos
Perna dianteira comprida, corpo achatado
Corpo curto, membros traseiros compridosCorpo achatado, rabo comprido
Corpo grande, almofadas grandes
2-6 machos
3-9 fêmeasIlha fonte
14 ilhas
experimentais
(10-14 anos)
Gradiente de altura da vegetação
Hipótese nula: Não há efeito do ambiente.
Caractere: Tamanho dos membros
Hipótese alternativa: Há efeito do ambiente.
Lagartos terão
tamanho
semelhante ao
da ilha fonte.
Lagartos terão
tamanho
diferente da
ilha fonte
Hipótese alternativa: Altura da árvore é um fator limitante.
Lagartos terão
tamanho
diferente de
acordo com o
ambiente
Lamelas maiores
Taman
ho e p
eso
maior
árvores do continente tem 10m de altura
árvores das ilhas entre 1 e 3m
Ilhas diferentes do
continente tem
lagartos diferentes
Ilhas com árvores de galhos grossos tem lagartos com pernas compridas
Predação: Insetos e Plantas
Jadera haematolomaSapindaceae
Filogenia de Sapindáceas e as
raças de Jaderos
Largura do fruto
Cons
umo
de sem
ente
pequeno grande
Hemípteros com
probóscide maior em
plantas com frutos mais
grossos
espécies exóticas
Hemípteros tem tamanho
semelhante mas maior probóscide
em plantas nativas = adaptação
Filhotes são semelhantes
aos pais mas têm fitness
maior em planta de origem
Crescimento
Sobrevivência
maior quando
come planta de
origem
Diferentes
estratégias
reprodutivas
dependendo
da planta
hospedeira
Sobrevivência e reprodução
produz semente
continuamente
sementes ricas em
nitrogênio
produz semente
sazonalmente
sementes ricas em
lipídeos
Tamanho e
fenologia da
planta são fatores
evolutivos
Calicebus miltoni
Processos neutros, como deriva genética, podem mudar as frequências genéticas das populações, especialmente de populações pequenas.
Processos aleatórios que podem mudar afrequência genética em uma população,principalmente quando pequenas.
DERIVA GENÉTICA MUTAÇÕES
MIGRAÇÕES
Alteração aleatória em um gene que origina um novo gene com nova expressão fenotípica. Pode ser selecionado ou perdido por seleção natural, ou não ter efeito sobre o fitness do indivíduo.
Quando indivíduos saem ou entram na população alterando a frequência genética. Pode ocorrer também a fragmentação da população com possível formação de novas subpopulações.
Evolução de populações que ocorre pela seleção aleatória de diferentes alelos através das gerações sem causas adaptativas.
Margeando rios na face fria das
montanhas
15 – 2,441m
As populações isoladas sofreram deriva genética?
As populações atuais podem desaparecer por deriva genética?
Eletroforese em gel (16 sistemas enzimáticos)
Populações
maiores são mais
geneticamente
diversas
Tamanho populacional (Log N)
Dive
rsidad
e ge
nétic
a
Relação entre a distância genética entre subpopulações (acima) e a distância geográfica (abaixo, Km).
37Km = 3,8%
559Km = 1%
Aland, Finlândia
Plantago lanceolata Veronica spicata
Miliateae cinxia
Hipótese: Campinas
maiores tem populações
maiores da borboleta
Área da mancha de campina (Ln X, m²)
Dens
idad
e po
pulacion
al (Ln
X, N
/m²)
Isolamento (m)
Dens
idad
e po
pulacion
al (resídu
os)
endogamia
ENDOGAMIA
200
EXTINÇÕES
114
COLONIZAÇÕES
baixa
sobrevivência
baixa
fecundidade
baixa
sobrevivência
dos ovos
larvas
pequenas
crescimento
lento das
larvas
A variabilidade fenotípica entre indivíduos de uma população é resultado de efeitos combinados do genótipo e do ambiente.
O modelo de equilíbrio de Hardy-Weinberg ajuda a identificar as forças evolutivas que podem mudar as frequências genéticas das populações.
Seleção natural é o mecanismo de evolução das populações através das diferenças em sobrevivência, crescimento e reprodução entre fenótipos de uma população.
A importância da variabilidade genética para a variabilidade fenotípica determina a força evolutiva da seleção natural.
Processos evolutivos aleatórios, como a deriva genética, podem mudar as frequências gênicas, especialmente em pequenas e isoladas populações.
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