8 E 9 DE OUTUBRO DE 2012 Piracicaba - Genética - USP

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29º ENCONTRO SOBRE TEMAS DE GENÉTICA E MELHORAMENTO "Genômica Populacional e Genética da Conservação" GENÔMICA DE POPULAÇÕES: APLICAÇÕES NA GENÉTICA DA CONSERVAÇÃO DE PLANTAS E NO MANEJO DE INSETOS-PRAGAS Maria Imaculada Zucchi 1* , Camila Menezes Trindade. Macrini 1 , Marcos Vinícius Bohrer Monteiro Siqueira 1 e Vitor Antonio Corrêa Pavinato 2 1 APTA - Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios - Pólo Centro Sul. 2 Universidade Estadual de Campinas *Email: mizucchi@apta.gov.sp.br e mizucchi@gmail.com Palavras-chave: genética de populações, AFLP, sequenciamento de nova geração, SNPs, “genome scan”, variação genética adaptativa. Resumo: Atualmente vivemos uma revolução sem precedentes dentro do estudo genético de populações. Com os avanços tecnológicos nas ferramentas moleculares, obtemos dados de variação no DNA em quantidade nunca antes possível. Atento a essa revolução os geneticistas tem aproveitado cada vez das novas tecnologias de seqüenciamento nos trabalhos de pesquisa. Com a utilização de novas plataformas de seqüenciamento, chamadas de “Sequenciamento de Nova Geração” (do inglês “Next Generation Sequencing”) podemos obter uma quantidade enorme de polimorfismo de DNA a um baixo custo por loco. As aplicações vão além do estudo da diversidade genética. A genômica de populações pode ser entendida como o uso de ampla amostragem do genoma para identificar e separar locos sobre efeito específico (não neutros) de locos sobre efeito amplo (neutros) com o objetivo de aumentar nosso entendimento sobre eventos micro evolutivo. Hoje podemos estudar a adaptação de organismos a pressões seletivas impostas pela natureza. Neste contexto, esta palestra irá abordar a aplicação dos conhecimentos da genômica de populações com o objetivo de entender a forma como organismos se adaptam a seus ambientes, frente às mudanças ecológicas que ocorrem na natureza e causadas pelo homem. Estamos desenvolvendo trabalhos buscando entender adaptações ecológicas de uma espécie de inseto, tido como praga agrícola a mudanças na composição do agroecossistema agrícola e trabalhos que buscam entender a diversidade ligada a áreas naturais e em restauração florestal. A ecologia molecular é um ramo da biologia evolutiva que aplica os conhecimentos da genética de populações, evolução molecular e mais as recentes ferramentas genômicas em estudos ecológicos. Como tema de pesquisa, vem ganhando espaço por permitir estudar aspectos ecológicos sob a óptica da biologia evolutiva. As áreas que compõe a genética ecológica vão desde a aplicação de conceitos da genética de populações para acessar a diversidade genética dentro e entre populações, dinâmica de fluxo gênico, a estudos de filogeografia e adaptação molecular. Embora um pouco diversificada, as áreas de pesquisa dentro de ecologia molecular são unidas pelo uso de marcadores moleculares que permitem acessar as informações genéticas e assim compreender a ecologia e a evolução de organismos na natureza (Freeland 2003). Os marcadores moleculares microssatélites são os preferidos e os mais utilizados atualmente para estudos de ecologia molecular. Conhecido como “seqüência de repetição simples em tandem” (SSR “Simple Sequence Repeats”), os marcadores microssatélites são altamente polimórficos e abundantes nos genomas de eucariotos (Goldstein & Schlotterer Departamento de Genética, ESALQ/USP - http://www.genetica.esalq.usp.br/29temas/ 17
29º ENCONTRO SOBRE TEMAS DE GENÉTICA E MELHORAMENTO "Genômica Populacional e Genética da Conservação" 1999; Kalia et al, 2011, Seeb et al, 2011). Suas características inerentes, tais como alto polimorfismo, genotipagem fácil e confiável, além de herança codominante, associada a possibilidade de uso de métodos estatísticos poderosos como Bayesiana e métodos de máxima verossimilhança (Luikart 1999) levou esses marcadores a serem amplamente utilizados pelos geneticistas de populações de insetos e ecologistas (Beadell et al. 2010; Pavinato et al. 2011). Nosso grupo de pesquisa está envolvido em duas linhas de pesquisa: o estudo ecológico evolutivo de insetos e o estudo da dinâmica evolutiva por trás da restauração florestal. Em ambas as frentes, o poder desses marcadores é conhecido em estudos de ecologia molecular. Destacamos alguns exemplos de aplicações em estudos com insetos: estimação de diversidade e estrutura genética para obter informações sobre ecologia básica (Endersby et al. 2007); investigação de possíveis padrões de mudanças na composição genética de populações associada a planta hospedeira (Carletto et al. 2009); e detecção de descontinuidades espaciais (Abila et al. 2008) e temporais (Franck & Timm 2010) e divergência genética determinada por especiação simpátrica (Santos et al. 2010). Já no estudo genético de plantas, os locos microssatélites permitem o entendimento mais refinado de estruturas populacionais (Slatkin 1995) e podem se tornar uma importante ferramenta para o entendimento e caracterização de germoplasma de várias espécies cultiváveis (Siqueira et al 2010). A utilização dos microssatélites pode igualmente fornecer subsídios para o estabelecimento de áreas destinadas à conservação de espécies vegetais ameaçadas (Heywood; Iriondo, 2003; Oliveira et al, 2006). Assim, uma nova área de pesquisa nasce dentro da genética de populações e permite identificar regiões genômicas ligadas a adaptações de espécies ao seu ambiente. Essa é conhecida como Genômica de Populações, pois nos permite estudar em populações naturais, utilizando ferramentas genômicas de nova geração. Essa abordagem pode ser entendida como o uso de ampla varredura do genoma (“genome scan”) para identificar e separar locos sobre efeito específico (sobre seleção, mutação, acasalamentos preferenciais e recombinação) de locos sobre efeito amplo (sobre deriva genética, efeito de gargalho genético, fluxo gênico e endogamia) com o objetivo de aumentar nosso entendimento sobre eventos micro evolutivo (“short term-evolution”) (Black et al. 2001). Com a genômica de populações fazemos um “scan” no genoma buscando locos com padrão de diferenciação “outliers”. Esses locos, que na verdade são regiões genômicas compostas por um número desconhecido de genes, podem nos levar as bases genéticas da adaptação. Para isso necessitamos de numerosos marcadores de DNA e de genotipagem em larga escala, pois assim podemos amostrar grande parte do genoma. Além disso, precisamos de estratégias de amostragem populacional, pois o delineamento experimental permite associar gradientes de pressões seletivas (variação de estresse abiótico/biótico) com a variação genética. Dessa forma é possível identificar regiões genômicas de variação não-neutra e associá-las, por meio de testes estatísticos, com eventos de seleção local/ e ou ecológica que estão sujeitas as populações da espécie estudada (Luikart et al. 2003; Allendorf et al. 2010). Para acessar uma parte maior do genoma, temos que utilizar muitos marcadores moleculares, ou seqüenciar o genoma dos organismos e populações estudadas. A utilização de marcadores microssatélites seria não recomendada para a maioria dos organismos, pois além do custo para se obter uma grande quantidade de locos, leva se muito tempo, sendo inviável, portanto em estudos de curta duração. Para isso, os primeiros marcadores a serem utilizados nos estudos de genômica de populações foram o s marcadores AFLPs do inglês: “Amplified fragment length polymorphism” (Polimorfismo de fragmento amplificado). Alguns exemplos de aplicações em ecologia molecular de insetos podem ser citados. Primeiro, a ampla varredura genômica (“genome scan”) através da genotipagem de aproximadamente 600 indivíduos; com 253 locos AFLP, permitiu detectar locos com distribuição diferencial em amostras de Diabrotica virgifera, uma espécie de besouro considerada praga agrícola, associados a diferentes regimes de rotação de cultura. Apesar Departamento de Genética, ESALQ/USP - http://www.genetica.esalq.usp.br/29temas/ 18
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