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

29º ENCONTRO SOBRE TEMAS DE GENÉTICA E MELHORAMENTO
"Genômica Populacional e Genética da Conservação"
A hipótese da homogeneidade de taxas evolutivas foi severamente criticada pelos muitos
evolucionistas, pois era inconcebível que genes homólogos em linhagens tão diferentes
quanto primatas e artiodáctilos apresentassem número aproximado de substituições após a
separação do ancestral. Diversos testes foram então propostos para verificar a hipótese do
relógio molecular (e.g, FITCH and LANGLEY 1976).
Contudo, o conhecimento dos tempos de diversificação das linhagens é tão importante para
o entendimento de fenômenos macroevolutivos que, na década de oitenta, o
desenvolvimento de metodologias estatísticas para o estudo do relógio molecular foi
motivado (KUMAR 2005). Agora, o foco não era mais provar a teoria do relógio, pois,
conforme mais dados foram disponibilizados, verificou-se que a constância de taxas era
uma exceção. O objetivo era testar a hipótese do relógio de forma que os tempos de
divergência inferidos a partir desta resultassem em estimativas razoáveis.
Esta linha de ação desdobrou-se em metodologias robustas como a de Felsenstein (1985),
Tajima (1993) e Takezaki et al. (1995). Entretanto, estes testes necessitavam que todas
linhagens estudadas apresentassem taxas de evolução molecular aproximadamente
homogêneas. Quando uma delas violava o relógio, ela deveria ser descartada da análise.
Isso consistia numa grande limitação, pois muitas vezes a espécie eliminada era justamente
o foco principal do estudo. Além disso, a eliminação de dados não é estatisticamente
aconselhável (YANG 2006).
No final da década de noventa um grupo de trabalhos abordou o problema da inferência de
tempos de divergência de uma forma inovadora. O impedimento central dos métodos
anteriores era a incapacidade de decomposição da distância genética entre ancestrais e
descendentes numa filogenia, que é dada pelo produto entre a taxa de substituição � pelo
tempo de divergência. Como somente seu produto é observável, i.e., o número de
substituições, era impossível inferir os tempos absolutos sem assumir a constâncias das
taxas ao longo da árvore filogenética. A decomposição da distância genética é possível pela
adoção de um modelo explícito de evolução das taxas de substituição (THORNE et al.
1998).
Esta modelagem, no entanto, inclui um número considerável de parâmetros e métodos
estatísticos comumente usados em evolução molecular, como máxima verossimilhança e
mínimos quadrados, não possuem um desempenho desejável nestas circunstâncias. Por
exemplo, a superfície de máxima verossimilhança pode apresentar múltiplos máximos locais
que dificultam a otimização da função (YANG 2006). Nestes casos, a abordagem bayesiana
é mais eficiente, pois a inferência paramétrica de modelos complexos pode ser realizada por
simulação estocástica (Monte Carlo) via cadeias de Markov (MCMC, Markov Chain Monte
Carlo) (GAMERMAN and LOPES 2006).
Neste sentido, Thorne et al. (1998) propuseram um método bayesiano de relaxamento do
relógio molecular que aplica um modelo auto-correlacionado de evolução das taxas de
substituição ao longo da filogenia. O modelo foi posteriormente modificado para possibilitar o
uso de múltiplos genes (THORNE and KISHINO 2002). Esta metodologia permite a
decomposição da distância genética e, logo, o pesquisador pode inferir os tempos de
divergência sem assumir o relógio molecular estrito.
O trabalho seminal de Thorne e colaboradores motivou o desenvolvimento de métodos de
relógio molecular relaxado. Basicamente, as técnicas posteriores avaliaram o uso de
modelos alternativos de evolução de taxas de substituição (ARIS-BROSOU and YANG
2003). Por exemplo, Huelsenbeck et al (2000) usa um modelo de Poisson generalizado,
enquanto Rannala e Yang (2007) assumem que as taxas evolutivas não apresentam
correlação entre nós ancestrais e descendentes. A flexibilidade estatística da inferência
bayesiana permite, inclusive, que não necessitemos de uma topologia fixa para inferir
tempos de divergência. Neste caso, a topologia e considerada um parâmetro de distúrbio
(nuisance parameter) e o tempo do ancestral comum de um conjunto de sequências é obtido
através de integração pelo espaço topológico (DRUMMOND et al. 2006).
Departamento de Genética, ESALQ/USP - http://www.genetica.esalq.usp.br/29temas/
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