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Processos Evolutivos e
a Origem das Plantas
Cultivadas I
(Mutação)
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Evolução => mudanças na diversidade genética Unidade da evolução => população
Diversidade genética:
a) fatores e mecanismos que favorecem o aumento
da diversidade;
b) fatores que favorecem a diminuição da diversidade;
c) mecanismos que mantém a diversidade existente.
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Essas 3 forças foram bem estudadas em populações naturais, mas são também efetivas sob domesticação. Qual a diferença entre ambas?? a) Aumento da diversidade: mutação, hibridação (recombinação e introgressão) e migração; b) Redução da diversidade: seleção (pelo homem), favo- recendo caracteres mais adaptados ao cultivo; deriva genética. c) Manutenção da diversidade: agricultores tradicionais cultivando diversos “tipos” da mesma cultura (etno- variedades) na mesma área ou em diferentes lotes; variação geográfica.
Ação do homem!!
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Mutação
alterações na seqüência do DNA de um gene: => substituição de nucleotídeos na região codificante de um gene => adição ou deleção de um nucleotídeo na área codificante, que pode causar mudança na leitura e produzir uma proteína diferente.
Mutações pontuais ou mutações gênicas
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Adição e deleção de bases
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Sem
mutação
Mutação
sinônima Mutação
não-sinônima
Mutação
sem sentido
Subst i tu ição de bases
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Anemia falciformi
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• Ex: SNPs : Polimorfismo de nucleotídeo único
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Estudos de genética clássica (Mitra & Ganguli, 1932) já haviam
relatado que o contrôle genético de panículas abertas ou compactas
em arroz era devido a dois genes dominantes.
Em 1990 (Eigushi & Sano, 1990) foi confirmado um único loco
dominante controlando a arquitetura da panícula em arroz.
Sabe-se hoje que este caráter (panícula
aberta ou compacta) é controlado por um
gene dominante, OsLG1, e que um único
SNP (SNP)-6, situado numa região
regulatória a 11kb upstream a partir do início
do gene, afeta a expressão do gene,
levando à esta alteração morfológica.
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O. sativa O. glaberrima
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MUTAÇÃO
Mutação Cromossômica ou
Aberrações
Mutações
ESTRUTURAIS
Mutações
NUMÉRICAS
Deleção, Duplicação,
Translocação, Inversão Aneuploidia, Ploidia
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Aneuploidia
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Autopoliploides
Tem conjuntos cromossômicos múltiplos com origem dentro de
uma espécie.
Alopoliploides
Tem conjuntos de duas ou mais espécies diferentes.
Formam-se apenas entre espécies proximamente relacionadas.
TIPOS DE POLIPLÓIDES
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Autopoliplóides
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Exemplo:
Batata = autotetraplóide = AAAA 2n = 4x = 48
4x = 4 cópias do n° básico de cromossomos = 12 (4 x 12) = 48
48 = n° total de cromossomos
Cada “A” representa um conjunto básico de
12 cromossomos.
Autopoliplóides
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Autopoliplóides:
Certa diminuição da fertilidade Mais comum, na natureza, em plantas perenes
(não dependem tanto das sementes p/ se manterem) Como ocorre certa queda da fertilidade, a autopoliploidia espontânea foi mais explorada em plantas de propagação vegetativa.
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Autopoliplóides:
Batata e banana autotriplóides e autotetraplóides foram originados sob cultivo
Setores autotetraplóides espontâneos em diversas cultu-
ras foram selecionados por agricultores, tais como as frutíferas: uvas, maças, peras, cerejas, citrus, abacaxi e chá.
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Com a descoberta da colchicina, muitas tentativas foram realizadas para se obter culturas tetraplóides.
Maior sucesso foi obtido com plantas de propagação vegetativa, ou aquelas cujo interesse são órgãos vegeta- tivos, ou em ornamentais. Exemplos: • Beterraba açucareira => triplóides são mais produtivos • Melancia triplóide => sem sementes • Flores ornamentais => flores maiores e florescem por períodos mais longos Vantagem: autogamia. Ex: batata diplóide é auto-incomp., enquanto que a tetraplóide é autocompatível.
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Melancia s/ Sementes
Beterraba açucareira
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Alopoliplóides
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• Exemplo:
Trigo - Triticum aestivum: 2n = 6x = 42 (AA
BB DD).
• Algodão - Gossipium barbadense e G.
hirsutum: 2n = 4x = 52 (AA DD).
Quando ocorrem dois ou mais genomas diferentes: AA BB.
Alopoliplóides
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Origem do
trigo
Exemplo de Alopoliplóide
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ORIGEM COFFEA ARABICA
Coffea canephora (2n = 22) Coffea eugenioides (2n = 22) x
Híbrido (2n = 22)
Duplicação cromossômica natural
Coffea arabica (2n = 44)
Gartner et al., 2009 Silvestrini et al., 2007
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Alopoliploidia: 4 principais vantagens: a) restauração da fertilidade de híbridos interespecíficos => cada cromossomo está representado por dois homólogos que se pareiam e segregam na meiose como diplóides;
b) os genomas da espécie diplóide permanecem separados no mesmo núcleo resultando em herança dissômica;
c) os alotetraplóides são híbridos permanentes, pois os cromossomos dos 2 genomas permanecem separados;
d) o tetraplóide se torna isolado de seu progenitor diplóide.
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Rabanete Repolho
Rapolho
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Em torno de 78% das espécies cultivadas são poliplóides :
• Alfafa (Medicago sativa);
• Algodão (Gossypium hirsutum);
• Batata (Solanum tuberosum);
• Batata doce (Ipomoea batatas);
• Café (Coffea arabica);
• Cana de açúcar (Saccharum officinarum);
• Fumo (Nicotiana tabacum);
• Morango (Fragraria ananassa);
• Trigo (Triticum aestivum).
POLIPLOIDIA
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Plantas com origem poliplóide evidente, com parentes diplóides Cultura 2n Tipo de poliploidia Alfafa 32 autotetraplóide
Banana 33, 44 autotriplóide/autotetr.
Café 44 alotetraplóide
Algodão 52 alotetraplóide
Amendoim 40 alotetraplóide
Aveia 42 alohexaplóide
Batata 48 autotetraplóide
Cana-de-açúcar 40-122 ?
Morango 56 autooctaplóide
Trigo (T. aestivum) 42 alohexaplóide
Cará (Dioscorea alata) 30-80 autopoliplóide
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A poliploidia é considerada uma característica importante
associada à domesticação de plantas, assim como a retenção de
sementes, gigantismo, etc... presente nas síndromes da domesti-
cação
Aumenta a diversidade de alelos, heterozigosidade, aumento
da plasticidade fenotípica sob condições de domesticação, etc..
Estudos anteriores não encontraram evidências de que a
poliploidia seria um fenômeno mais frequente nas plantas
cultivadas do que nas selvagens
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Para o presente estudo, foram avaliados 107 gêneros de Angiospermas, cada um contendo pelo menos uma cultura de grande expressão, e um total de 297 culturas e 2.836 espécies selvagens
Foram feitas reconstruções de filogenias de cada gênero, usando dados de sequencias publicados na literatura
Os números de cromossomos de cada espécie foram obtidos do Chromosome Counts Database
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Plantas domesticadas sofreram mais eventos de poliploidia do
que as plantas selvagens.
Dentre as monocotiledôneas, 54% das culturas são poliplóides, contra 40% de
plantas selvagens.
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Foram examinadas duas hipóteses:
1) Poliploidia seguida da domesticação
2) Domesticação seguida de poliploidia
Conclusão:
Espécies poliplóides tem mais chances de serem domesticadas
do que seus parentais selvagens. Ou seja:
As consequências genéticas da poliploidia conferiram as
pré-condições para uma domesticação de sucesso.
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Mutações cromossômicas estruturais
2. Mutações Estruturais: afetam a estrutura dos cromossomos, ou seja, o número ou o arranjo dos genes nos cromossomos.
Deficiência ou deleção
Duplicação Inversão
Translocação
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Mutações cromossômicas estruturais: a) Rearranjos cromossômicos => levam à quebra de
grupos de ligação e podem causar o silenciamento de
determinados genes, bem como a esterilidade.
=> Rearranjos cromossômicos ocorrem naturalmente em
baixas freqüências, sendo mais comum em espécies
poliplóides => Não há nenhuma indicação de que esta baixa
taxa se modificou sob domesticação.
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Pepino domesticado – Cucumis sativus var. sativus L. (2n = 2x = 14)
Parental selvagem – Cucumis sativus var. hardwickii Alef.
Originário da Ásia, cultivado na Índia e tendo a China como
um centro secundário de diversidade.
Observou-se neste estudo diferenças significativas na quantidade e
distribuição da heterocromatina, e em rearranjos cromossômicos
(inversões paracêntricas e pericêntricas)
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Com o auxílio da técnica citogenética de FISH, observa-se a ocorrência de
inversões paracêntricas em C4 e C7 e inversões pericêntricas em C5
C = cultivado
H = selvagem
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M1 e C7– melão cultivado ; H7 – melão selvagem
Os resultados indicam que as inversões no pepino cultivado
(C7) teriam ocorrido durante a domesticação.
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ELEMENTOS DE TRANSPOSIÇÃO
TRANSPOSONS
=> Elementos genéticos móveis capazes de
mudar de posição dentro de um cromossomo ou
de passar de um cromossomo para outro,
independente de haver homologia entre as
regiões em que estão inseridos e a que se
destinam.
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Elementos de transposição
Praticamente todos os organismos apresentam elementos de
transposição e eles compõem uma fração significativa do
genoma da maioria dos eucariotos.
Duas classes: retrotransposons e transposons de DNA
Divisão é realizada a partir do mecanismo de transposição
a) Retrotransposons ->mecanismo de transposição possui um
intermediário de RNA
b) Transposons de DNA -> São transpostos movendo seu DNA
de uma localização para outra sem a presença de um
intermediário de RNA
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Vários tipos de efeitos causados pelos elementos de transposição
Os enhancers ou acentuadores
são seqüências de DNA que
aumentam a afinidade da
maquinaria de transcrição por
um certo promotor.
![Page 55: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/55.jpg)
(Lisch 2013)
![Page 56: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/56.jpg)
THIS, P.; LACOMBE, T.; CADLE-DAVIDSON, M.;
OWENS, C.L. (2007) Wine grape (Vitis vinifera L.) color
associates with allelic variation in the domestication
gene VvmybA1. Theoretical and Applied Genetics,
114: 723-730.
Síndromes da domesticação na uva:
-> surgimento do hermafroditismo
-> maior uniformidade na maturação
-> maior teor de açucares
-> seleção para uma ampla variação de
cor dos frutos
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Ancestral da uva: V. vinifera subsp. sylvestris
Cor da casca preta e polpa não pigmentada
(Olmo 1995; Zohary and Hopf 2000).
Domesticação da uva teria ocorrido há 6.000 –
10.000 anos, em uma região situada entre o
Mar Negro e o Mar Cáspio.
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Uvas cultivadas grande diversidade da cor
do fruto, incluindo: vários tons de preto,
vermelho, rosa, cinza, branco, e tipos com
polpa pigmentada. E existem mutantes para
diferentes colorações em muitas variedades.
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Antocianina → coloração dos frutos
Tudo indica que seja controlado por um
único loco dominante
Fruto branco é recessivo (inserção de
um retro-transposon na região promotora)
Foram avaliados 201 acessos
(84 com frutos brancos
117 com frutos pigmentados)
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Variação do gene VvmybA1
Variação no loco causada por uma combinação
de fatores:
→ inserção e excisão de um retro-transposon
(Gret1) na região promotora
→ mutações adicionais
Fenótipo original → frutos brancos, com Gret1
Mutante Gret1 → frutos vermelhos, sem Gret1
Mutações adicionais → variações do vermelho
(uvas pretas)
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![Page 62: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/62.jpg)
Portanto, este estudo indica que a
variação na coloração da uva se deve
a variações na inserção/excisão de
um retro-transposon e de mutações
adicionais.
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(Lisch, 2013)
![Page 64: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/64.jpg)
![Page 65: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/65.jpg)
GD – inserção do TE num exon ou intron
IRR – inserção dentro ou próximo de regiões reguladoras
GR - Rearranjos genômicos
![Page 66: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/66.jpg)
Números em negrito
indicam a porcentagem
da sequencia genômica
que foi anotada como sendo
derivada de transposons
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![Page 68: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/68.jpg)
O reparo do DNA seguido da excisão de transposons está associado a um
aumento no nº de mutações em sequencias adjacentes aos transposons
A inserção dos transposons de DNA preferencialmente próximo de genes se
correlaciona positivamente com taxas de mutação em sequencias
codificadoras e regulatórias
O que sugere que a atividade dos transposons é uma grande força evolutiva
em gramíneas
![Page 69: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/69.jpg)
Oryza glaberrima - Ogla
Oryza sativa - Osat
![Page 70: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/70.jpg)
Zona de reparo do DNA rica em
substituições e pequenas deleções e
inserções.
![Page 71: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/71.jpg)
=> Novos mutantes, tanto de mutação gênica ou mutação cromossômica, são menos adaptados e inferiores ao gene normal (tipo selvagem);
=> Existem mutações neutras, que ocorrem em
regiões não codificadoras;
=> Mutações são raras; as taxas variam entre
organismos e entre genes específicos
(1x10-4 a 1x10-6)
Algumas considerações
![Page 72: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/72.jpg)
Dois fatores importantes -> inferioridade adaptativa dos mutantes: -> baixas taxas => A maioria das características das plantas cultivadas
seriam negativamente selecionadas no estado selvagem
e nunca estariam estabelecidas na natureza
Ex: => ausência de mecanismos para dispersão de sementes => rápida germinação (perda da dormência) => baixos níveis de alcalóides em frutas e sementes
![Page 73: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/73.jpg)
=> Muitas dessas características são governadas por um ou
poucos genes e podem aparecer em populações naturais
mas são eliminadas pela seleção natural ou ocorrem
em baixas frequências.
=> Alguns alelos que contribuem para o aumento do tamanho
do tomate e aumento da dominância apical no milho são
encontrados em populações naturais, embora em baixas
frequencias (Doebley et al., 2006)
=> O cultivo não aumentou as taxas de mutação!!!!
![Page 74: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/74.jpg)
Essas características teriam sido selecionadas
inconscientemente pelo homem, como resultado
do cultivo.
Somente após um certo estágio, em que essas
características teriam alcançado proporções
maiores, então teriam sido notadas e
selecionadas de forma intencional.
![Page 75: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/75.jpg)
Exemplos: a) Retenção de sementes
=> trigo e cevada -> tipo domesticado recessivo
=> aveia -> dominante
=> deiscência de vagens em leguminosas -> 1 gene recessivo
Muitos dos caracteres modificados com a domesticação
são controlados por genes recessivos.
Dados recentes, envolvendo o isolamento de genes ligados
à domesticação, mostram que grande parte das modificações
se deve ao controle de fatores transcricionais (regulação
gênica)
![Page 76: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/76.jpg)
(Ladizinsky, 1998)
![Page 77: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/77.jpg)
(Ladizinsky, 1998)
![Page 78: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/78.jpg)
2013
![Page 79: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/79.jpg)
Algumas mutações sob domesticação reduziram a função de alguns órgãos, ou eliminaram estruturas que seriam redundantes no novo ambiente (de cultivo);
Ex: aristas => importantes p/ dispersão de
sementes. Tipos sem aristas foram selecionados
em trigo, arroz, aveia, e tipos com
aristas modificadas foram
selecionados na cevada.
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![Page 81: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/81.jpg)
A maioria das mutações apresentam benefícios ao homem,
enquanto que para outras o benefício não é tão claro assim:
Ex: cor da semente e da flor
Feijão -> sementes variam muito, mas a cor branca só
ocorre no feijão cultivado
-> sementes de cor preta e marrom contém níveis altos de
taninos, levando à menor digestibilidade; mas na natureza
isto é vantajoso.
![Page 82: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/82.jpg)
![Page 83: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/83.jpg)
Ex: grão-de-bico -> cor da flor branca, rosa ou azul -> controlada por 3 genes, sendo a branca a cor universal recessiva -> mas, não apresenta vantagens sob cultivo -> talvez sendo selecionada pelo homem como atrativo -> cor da flor está ligada à cor da testa, que pode estar ligada à germinação rápida e características de cozimento
![Page 84: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/84.jpg)
Um novo estudo mostra que mutações independentes no gene Sh1, que codifica para um fator de transcrição (YABBY), deu origem ao fenótipo de não retenção das sementes no sorgo domesticado. Este mesmo gene também teve um papel importante em outros cereais, incluindo milho e arroz.
(Olsen 2012)
![Page 85: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/85.jpg)
Olsen (2012)
![Page 86: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/86.jpg)
sorgo
![Page 87: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/87.jpg)
![Page 88: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/88.jpg)
SNPs significativos no crom. 1
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A dispersão de sementes (seed shattering) no sorgo é
controlada por um único gene, Shattering1 (Sh1), que inclui um
fator de transcrição (YABBY).
O sorgo domesticado possui 3 mutações diferentes no loco
Sh1. A distribuição desses haplótipos non-shattering entre as
raças de sorgo na África sugere 3 origens independentes.
Os resultados sugerem que genes Sh1 para a retenção de
sementes foram submetidos à seleção paralela durante a
domesticação do sorgo, arroz e milho.
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Evolução fenotípica paralela: aparecimento do mesmo
caráter em linhas relacionadas, ou com potencial para
o intercruzamento.
Ex: aparecimento do mesmo caráter na domesticação
múltipla, quando há origens diferentes de uma
mesma cultura.
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O haplótipo Tx430 ocorre em
acessos da raça Caudatum;
O haplótipo Tx623 ocorre em
acessos das raças Kafir e
Bicolor;
O haplótipo SC265 ocorre em
acessos das raças Durra, a
maioria da raça Guinea e quase
metade da Bicolor.
Evolução fenotípica paralela:
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Em plantas poliplóides, mutações podem causar o silenciamento de certos genes.
=> Quando dois genes controlam a mesma função, a perda
de um deles é tolerável e o loco silenciado pode tanto
ser perdido ou adquirir nova função
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Mutações em caracteres quantitativos
=> A grande maioria dos caracteres que separam as plantas cultivadas de seus ancestrais selvagens é governada
por muitos genes (poligenes);
=> Domesticação inicial -> seleção de mutantes para caracteres qualitativos;
=> Seguida de mutações em caracteres quantitativos =>
alterações morfológicas, fisiológicas, etc.. Ex: hábito de crescimento; adaptabilidade.
=> Exemplo mais dramático: gigantismo nas brassicas,
envolvendo o aumento das folhas (couve), brotos (repolho), flores (brócoli,
couve-flor), raízes (nabo), etc...
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Couve-rábano
Couve
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Mutações para tais características nas brassicas surgiram e foram selecionadas independentemente em espécies de diferentes áreas geográficas produzindo diferentes tipos de plantas: Espécie órgão tipo de região usado cultura geográfica Brassica oleracea folhas couve Europa “ “ gemas repolho Europa “ “ “ brócolis Europa “ “ “ brócolis chinês Ásia “ “ “ couve-flor Europa Brassica rapa gemas repolho chinês Ásia “ “ raízes nabo Ásia
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B. rapa
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Muitas características são
semelhantes, mas se
desenvolveram
independentemente e
paralelamente.
Ex. Cabeça folhosa e
raízes expandidas
Seis espécies do gênero
Brassica:
3 diploides:
- Brassica rapa,
- B. nigra,
- B. oleracea.
3 alotetraploides:
- B. juncea,
- B. napus,
- B. carinata.
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Tamanho das sementes (gigantismo): Amplitude no peso de 100 sementes (g) em muitas leguminosas e seus progenitores selvagens, existindo variação contínua para tamanho entre as selvagens e as cultivadas em algumas espécies e um intervalo entre as mesmas para outras: Cultura Selvagem Cultivado Grão de bico 2,5 - 12,5 1 - 75 Amendoim 2 - 5 até 100 Lentilha 0,65 - 2,9 1,5 - 8,5 Feijão lima 6,9 - 13,8 31,7 - 193,2 Soja cerca de 2,9 3,8 - 43,2
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ervilha
lentilha
feijão fava
vícia
grão de bico
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=> Em lentilha, tipos com sementes pequenas são classificados
como subsp. microsperma e sementes grandes como
subsp. macrosperma.
=> cruzamentos entre as duas subespécies revelaram
herança poligênica para este caráter.
=> No feijão comum, diferenças entre sementes pequenas
das plantas selvagens e sementes grandes das cultivadas
em comprimento, largura, altura e peso de sementes, são
controladas por pelo menos dez genes, e pelo menos por
oito no grão de bico.
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Variações na adaptabilidade de plantas cultivadas => dois estágios: a) acúmulo de genes conferindo adaptabilidade à área de cultivo num primeiro estágio; b) adaptabilidade a diferentes tipos de solo, respostas ao comprimento do dia, à temperatura, após a migração a novas regiões geográficas e altitudes.
Ex: soja -> 4 genes (E1-E4) são responsáveis pelas respostas ao fotoperíodo, mas apenas o E4 é insensível ao compri- mento do dia => acessos selvagens -> grupos de maturação de II a VII => sob cultivo -> novas variedades variando de 000 a X.
![Page 104: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/104.jpg)
Acessos
selvagens
![Page 105: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/105.jpg)
Ferramentas da Genética e Genômica da Domesticação
Primeiros estudos genética clássica
Planta cultivada X Planta silvestre relacionada
Definição dos genes (um, dois ou muitos) envolvidos no controle dos caracteres da síndrome da domesticação Definição se são genes recessivos ou dominantes, ou de natureza qualitativa ou quantitativa
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Ferramentas da Genética e Genômica da Domesticação
Mais recentemente: Mapeamento de QTL e clonagem de genes
Estudos de associação ampla do genoma (GWAS) Estudos envolvendo o sequenciamento do genoma (whole-genome resequencing studies)
![Page 107: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/107.jpg)
Descoberta de mutações da domesticação que alteram a cor do grão do arroz por meio de mapeamento fino
Genes candidatos relacionados à domesticação descobertos por meio do re-sequenciamento
![Page 108: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/108.jpg)
(2013)
![Page 109: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/109.jpg)
![Page 110: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/110.jpg)
![Page 111: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/111.jpg)
Grandes avanços no estudo da genética da domesticação =>
uso de marcadores de DNA, mapeamento de QTL, mapeamento
por associação, sequenciamento do genoma e busca por
assinaturas de seleção
Uso de mapas de ligação saturados de muitas culturas, para determinar, examinando as associações entre as marcas, quantas e quais regiões do genoma possuem locos que afetam caracteres quantitativos -> QTL (quantitative trait loci)
Uso de populações segregantes em cruzamentos da planta
domesticada e a planta selvagem
![Page 112: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/112.jpg)
Mapeamento de QTL -> método estatístico que procura por
associações fortes entre um caráter fenotípico qualquer
e sequencias curtas de DNA que identificam, ou marcam o
seu local no genoma.
É útil para estudar a herança de caracteres quantitativos
influenciados por muitos genes.
![Page 113: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/113.jpg)
Pelo mapeamento de QTLs, pode-se verificar se um
caráter é controlado por poucos genes de grande efeito
ou por muitos genes de pequeno efeito.
Assume-se que os fenótipos sob controle genético simples
puderam ser selecionados nas plantas domesticadas mais
facilmente que aqueles com uma base genética mais
complexa.
![Page 114: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/114.jpg)
Ex: 28 QTLs afetando o tamanho do fruto no tomateiro foram identificados, embora o alelo fruitweight2.2 (fw2.2) controle 30% da diferença na polpa do fruto (fruit mass) entre tomate cultivado e selvagem
![Page 115: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/115.jpg)
Não há diferenças nas sequencias de proteínas entre
genes de frutos grandes e pequenos, o que indica que
o alvo da seleção foi ao nível da regulação gênica.
A seleção humana favoreceu uma mudança na
expressão do gene fw2.2, de modo que alelos de frutos
grandes são expressos em níveis menores
mais tarde durante o desenvolvimento do fruto,
permitindo o contínuo crescimento do fruto através da
proliferação da divisão celular.
![Page 116: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/116.jpg)
Koinange et al. (1996)
Ex: No feijão : 4 QTLs explicam 69% da variação fenotípica para dormência de sementes entre o feijão domesticado e a espécie selvagem; 4 QTLs explicam 57% da variação no peso da semente; 3 QTLs explicam 37% da variação no comprimento da vagem.
![Page 117: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/117.jpg)
Estudos em diversas culturas têm demonstrado
que QTLs de grande efeito (explicando > 25%
da variação observada) foram selecionados
durante a domesticação e que diferenças entre
a planta domesticada e o progenitor selvagem
são muitas vezes controladas por apenas 2 a 5
QTLs por característica.
Gepts, P. (2004) Crop domestication as a lont-term selection experiment. Plant Breeding Reviews 24: 1-44.
![Page 118: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/118.jpg)
FT, tempo de florescimento; DH, hábito
determinado; PH, altura da planta; NN,
numero de nós; MIL, comprimento máximo
do internódio; TH, hábito trepador; PD,
deiscencia da vagem; SW, peso de 100
sementes; HS, sementes duras
QTLs em soja
![Page 119: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/119.jpg)
Conclusões: A maior parte dos caracteres relacionados à domesticação (CRD) na soja foram condicionados por um ou dois QTLs principais e um grande número de QTLs de menor efeito. Os QTLs relacionados à deiscência da vagem e à dormência de sementes devem ter sido importantes na domesticação da soja. Uma vez que os principais QTLs para CRD estavam dispersos em apenas seis dos 20 grupos de ligação, e uma vez que os QTLs não estão agrupados, a introgressão de genes de plantas selvagens para plantas cultivadas de soja pode ser efetuada sem grandes obstáculos.
(Liu et al., 2007)
![Page 120: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/120.jpg)
Nas duas últimas décadas: Aumento significativo nos trabalhos de mapeamento de
QTL para estudos da síndrome da domesticação;
497 QTLs, em 13 plantas cultivadas (Ronfort & Glemin,
2013).
![Page 121: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/121.jpg)
![Page 122: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/122.jpg)
Parentais
F1
Progênies F2 (grande variabilidade)
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![Page 124: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/124.jpg)
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Generalizações dos QTLs na domesticação de plantas:
1) Os QTLs não estão distribuídos ao acaso ou de
maneira uniforme pelo genoma, mas sim
ocorrem em grupos em certas regiões dos
cromossomos.
2) Relativamente poucos QTLs de grande efeito
estão envolvidos na maior parte dos CRD em
várias culturas.
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Desde 1990, o uso do mapeamento de QTL seguido da caracterização das mutações funcionais em genes da domesticação, revelaram que as mudanças associadas à domesticação tem uma base genética simples... ... E que grandes alterações morfológicas podem ser obtidas por mudanças em um único loco.
Gross and Olsen (2010) Genetic perspectives on crop
domestication. Trends in Plant Science, v.15, p.529-537.
![Page 127: Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I … · 2019-09-19 · Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas I (Mutação) Evolução => mudanças na diversidade](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060308/5f0a380f7e708231d42a965a/html5/thumbnails/127.jpg)
Ex: teosinte branched (tb1) – QTL de grande efeito que controla a diferença na dominância apical entre o milho e o teosinte.
Não há diferenças entre os aminoácidos da proteína do tb1, sendo que a diferença na regulação gênica, ao nível do promotor do gene
Doebley et al. (2006) The molecular genetics of crop
domestication. Cell , v.127, p.1309-1321.
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(Gross and Olsen, 2010)
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https://www.youtube.com/watch?v=mBuYUb_mFXA
Popped Secret: The Mysterious Origin of Corn — HHMI BioInteractive Video
A misteriosa origem do milho!!!
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Meyer, R.S.; Purugganan, M.D. (2013) Evolution of crop
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Gepts, P. (2014) The contribution of genetic and
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