Equilíbrio de Hardy-Weinberg e Genética de Populações - Modelo Didático

Genética Médica Equilíbrio de HardyWeinberg e suas aplicações Prof Dr Douglas Caldeira Giangarelli Compreender os mecanismos do equilíbrio de HardyWeinberg e a dinâmica da genética de populações Propiciar uma dinâmica para o ensino do conteúdo de genética de populações utilizando um modelo didático Conhecer a dinâmica de uma população hipotética em equilíbrio de HardyWeinberg calculando as frequências alélicas genotípicas e fenotípicas Mudança genética que ocorre em uma população Se não existir mudança em um componente genético de uma população as gerações não se modificam Sem variações Evolução Biológica Passadas para as próximas gerações X X CG CG AT TA GC CG CG AT GC GC Fonte Do autor Desenvolvimento da prática Definições importantes População Conjunto de indivíduos que se acasalam e apresentam características em comum Ex População de pinguins imperadores Genética de Populações Estuda as frequências gênicas e genotípicas nas populações e as forças capazes de alterálas ao longo das gerações Fonte Disponível em httpsbitly2EUot5s Fonte Disponível em httpsbitly2VG8TzX Desenvolvimento da prática Transmissão do genes Frequências alélicas e Genotípicas Comportamento dos genes Modelos matemáticos Observação Experimentação Genética de populações Seleção Natural Recombinação Mutação Deriva Genética Fluxo Gênico Ação Antrópica Variação genética Fonte Do autor Gregor Mendel Redescoberta dos trabalhos de Mendel Previsões de prole Cruzamento entre indivíduos com genótipos conhecidos Condições de cruzamento controladas Populações naturais livres da interferência humana com reprodução sexuada Não se sabia como os genes alelos se comportavam Desenvolvimento da prática Fonte Disponível em httpsbitly2UrdOEV Desenvolvimento da prática Gregor Mendel Prever as frequências esperadas de descendentes 100 A1 A1 100 A1 A2 50 A1 A2 50 A2A2 25 A1 A1 50 A1 A2 25 A2A2 50 A1 A1 50 A1 A2 Todos os indivíduos tem a mesma probabilidade de se reproduzirem em condições normais Godfrey Harold Hardy 1877 1947 Matemático Julho de 1908 Science Wilhelm Weinberg 1862 1937 Médico Janeiro de 1908 p q2 1 p2 2pq q2 1 Fonte Disponível em httpwwwgeneticsorgcontent1523821 Desenvolvimento da prática A frequência com que diferentes genótipos surgiriam numa próxima geração dependia exclusivamente das frequências dos alelos presentes na geração anterior Além disso se nenhum fator interferisse na transmissão desses genes alelos tais frequências alélicas e genotípicas permaneceriam inalteradas ao longo das gerações Desenvolvimento da prática p q 2 p2 2pq q2 1 Frequências genotípicas esperadas na próximas geração Locos com dois alelos Frequências destes alelos nos gametas p e q Ex A1 e A2 p2 2pq e q2 Ex A1A1 A1A2 e A2A2 A1A2 p q 1 Fonte Disponível em httpsbitly2tXAnFF Desenvolvimento da prática Avanços Tecnológicos na Genética de populações É possível determinar Nível de diversidade Genética Dentro e entre populações Fluxo gênico migração Nível de diferenciação populacional Eventos evolutivos passados Gargalos genéticos Fluxo gênico Entender como os organismos evoluem Traçar estratégias eficientes de conservação Fonte Do autor Desenvolvimento da prática População Natural População ideal I Composta por indivíduos diploides de reprodução sexuada II População Panmítica Acasalamentos ocorrem totalmente ao acaso Pressupostos Fonte Do autor Fonte Do autor Desenvolvimento da prática População Natural População ideal III População Infinitamente grande IV Proporção entre machos e fêmeas seria a mesma Pressupostos Fonte Do autor Fonte Do autor Desenvolvimento da prática V Sem sobreposição de gerações VI Sem atuação de fatores evolutivos População Natural População ideal Pressupostos Fonte Do autor Fonte Do autor Na natureza entretanto não existem populações sujeitas rigorosamente a essas condições Desenvolvimento da prática 1 Organizar a turma em grupos de até quatro alunos 2 Colocar os botões dentro do saco as duas cores misturadas representando os gametas de uma população de 20 indivíduos heterozigotos para um lócus qualquer A a por exemplo Os botões escuros representam o alelo A e os botões claros representam o alelo a Procedimento 01 A a Fonte Do autor Procedimentos e instruções 01 A 3 Sortear ao acaso e SEM reposição 10 pares de botões geração F1 que constituem uma prole desta população Cada par de botão sorteado deve ser utilizado para constituir o genótipo de um indivíduo Sorteio Alelo 1 Alelo 2 Genótipo 1 A A AA 2 a 3 4 5 6 7 8 9 10 Tabela 1a A a Fonte Do autor Procedimentos e instruções 01 4 Anotar o resultado de acordo com os genótipos observados e determinar se estão de acordo com as normas mendelianas de transmissão Genótipo Observado F1 Esperado AA 4 25 Aa 4 5 Aa 2 25 Tabela 1c Sorteio Alelo 1 Alelo 2 Genótipo 1 A A AA 2 a a aa 3 a A Aa 4 A a Aa 5 A A AA 6 a a aa 7 A A AA 8 A A AA 9 A a Aa 10 a A Aa Ex Tabela 1ª F1 Procedimentos e instruções 01 5 Realizar cruzamentos envolvendo os indivíduos de acordo com o sorteio ou seja indivíduo 1 x indivíduo 2 indivíduo 3 x indivíduo 4 etc tabela 1c Cruzamento Prole AA Aa aa 1 x 2 3 x 4 5 x 6 7 x 8 9 x 10 6 Ao realizar e analisar os cruzamentos acima podemos afirmar que a próxima geração está em equilíbrio Procedimentos e instruções 01 Vídeo 01 Seleção do alelos Estrutura genética da população Frequência gênica ou alélica Proporção ou porcentagem na população dos diferentes alelos de um gene fA nº alelos Anº total alelos fa nº alelos anº total alelos Frequência genotípica Proporção ou porcentagem na população dos diferentes genótipos para o gene considerado fAA nº indivíduos genótipo AAnº total indivíduos fAa nº indivíduos genótipo Aanº total indivíduos faa nº indivíduos genótipo aanº total indivíduos Procedimentos e instruções 01 Proporções Genotípicas Genótipo Frequência absoluta Porcentagem Frequência relativa A1A1 490 D nAAN 049 D A1A2 420 H nAaN 042 H A2A2 90 R naaN 009 R Total N 1000 10 D H e R Indicam a proporção de indivíduos Uma amostra de 1000 peixes de uma espécie Análise de um loco usando um marcador genético 490 A1A1 420 A1A2 90 A2A2 Procedimentos e instruções 01 Genótipo Número de Genótipos Número de alelos A Número de alelos a Número total de alelos A1A1 nAA 490 D 980 0 980 A1A2 nAa 420 H 420 420 840 A2A2 naa 90 R 0 180 180 Total N N 1000 1100 900 2000 Frequência do alelo A fA 9804202000 07 Frequência do alelo a fa 1804202000 03 Proporções alélicas 2 x 490 420 2 x 1000 2 x 90 420 2 x 1000 07 03 pq2 1 p2 2pq q2 1 A1A1 p2 072 049 A1A2 2pq 2 x 07 x 03 042 A2A2 p2 032 009 Usando o Teorema de HardyHeinberg 07 032 1 049 042 009 1 Se for realmente Panmítica Livre de fator evolutivo atuando sobre o gene analisado 490 sejam A1A1 420 sejam A1A2 90 sejam A2A2 A cada 1000 alevinos nascidos esperase que Próxima geração As frequências de indivíduos D H e R para populações em Equilíbrio de HardyWeinberg irão variar de acordo com a variação das frequências alélicas Fonte Disponível em httpsbitly2HfxbO0 Teorema de HardyHeinberg Usando o Teorema de HardyHeinberg Vídeo 02 Estimativa do equilíbrio na população Procedimentos e instruções 02 1 Organizar a turma em grupos de até quatro alunos 2 O aluno ou grupo deverá escolher duas questões Os alunos deverão discutir e resolver estas questões em grupo e a resposta final deverá ser apresentada para o tutor Questões de 1 a 6 disponibilizada no anexo 1 do roteiro da Unidade 4 das aulas práticas da disciplina de Genética Médica Procedimento 02 Procedimentos e instruções 02 Q 1 O sangue de 200 indivíduos coletados aleatoriamente em uma população foi estudado eletroforeticamente no intuito de determinar os tipos de haptoglobina tendose observado as seguintes frequências genotípicas Hp1Hp1 32 Hp1Hp2 46 Hp2Hp2 22 Com base nesses dados estimar as frequências dos alelos autossômicos Hp1 e Hp2 na população representada por essa amostra Procedimentos e instruções 02 Q 2 Qual o percentual de casais heterozigotos Hp1Hp2 Hp1Hp2 que devemos esperar na população representada pela amostra da questão número 1 Q 3 Em uma população 70 dos indivíduos apresentam o genótipo AA e 30 o genótipo aa sendo os alelos A e a genes autossômicos Com base nesses dados perguntase a Qual a frequência dos alelos A e a b A população está em equilíbrio de Hardy e Weinberg c Qual a distribuição genotípica esperada em equilíbrio de Hardy e Weinberg Procedimentos e instruções 02 Q 4 Com o emprego dos antisoros antiM e antiN foram determinados os grupos sanguíneos M MN e N de uma amostra aleatória de 100 indivíduos de uma população encontrandose a seguinte distribuição M 20 MN 64 N 16 Visto que esses grupos sanguíneos são caracteres autossômicos e correspondem aos genótipos MM MN e NN querse saber quais as estimativas das frequências dos alelos M e N a partir dessa amostra Procedimentos e instruções 02 Q 5 A frequência de indivíduos Rhnegativo dd em uma população é estimada em 9 Qual a estimativa da frequência de indivíduos Rhpositivo heterozigotas Dd nessa mesma população Procedimentos e instruções 02 Q 6 Em uma cidade constituída basicamente por caucasoides de origem europeia mediterrânea estimase que 1 das crianças manifestam anemia de Cooley talassemia homozigótica Sabendose que nessa população a taxa de casamentos consanguíneos é desprezível querse saber sem fazer o rastreamento de heterozigotos qual a estimativa da frequência nessa população a do gene da talassemia b de heterozigotos desse gene Avalie os alunos de acordo com o envolvimento nos procedimentos e o cumprimento das atividades propostas Ao final desta aula o aluno deverá ser capaz de a lógica do equilíbrio de HardyWeinberg