Uma Diretriz para a Construção de Mapas Genéticos para Diferentes Populações

O que é um Mapa Genético?

Construção de mapas genéticos para diferentes populações é um processo fundamental na pesquisa em genética de plantas, permitindo-nos obter informações sobre a disposição e ligação de genes nos cromossomas. Também referido como um mapa de ligação genética, é construído ao analisar as conexões entre marcadores genéticos dentro de uma população.

A base da construção de mapas genéticos reside no conceito de ligação genética. Quando dois loci, geralmente representados por marcadores genéticos, estão situados mais próximos uns dos outros em um cromossoma, tendem a ser herdados juntos com mais frequência. Ao estudar os marcadores genéticos, como marcadores moleculares como marcadores de microssatélites e Marcadores SNPou marcadores biológicos, como características morfológicas e bioquímicas, entre vários indivíduos, podemos deduzir estatisticamente o grau de ligação entre eles.

Mapeamento de uma população RIL segregante para resistência parcial a A. euteiches. (Boutet et al., 2016)

Os investigadores analisam um número significativo de marcadores genéticos e frequências de ligação entre indivíduos parentais para traçar mapas genéticos. Estes mapas podem assumir a forma de mapas de grupos de ligação ou mapas físicos, ambos representando as posições relativas dos loci nos cromossomas. As distâncias entre loci são geralmente medidas em unidades genéticas conhecidas como centimorgans ou unidades de mapa. Esta informação ajuda a determinar a sequência e a localização dos genes nos cromossomas.

As aplicações dos mapas genéticos de plantas são vastas e vitais na pesquisa do genoma, melhoria de variedades e localização de genes. Eles servem como ferramentas indispensáveis para compreender a estrutura genética e as propriedades dos genomas vegetais, fornecendo informações valiosas para os investigadores que procuram entender a base genética de características específicas das plantas. Além disso, os mapas genéticos oferecem uma orientação inestimável para iniciativas de melhoramento molecular, contribuindo para o desenvolvimento de variedades de plantas melhoradas e desejáveis.

Por favor, leia o nosso artigo. Mapeamento de Ligação Genética: Definição, Técnicas e Aplicações para mais detalhes.

Mapeamento de Ligação Genética na Pesquisa em Plantas

Mapeamento genético de plantas desempenha um papel fundamental na elucidação de aspectos essenciais da genética das plantas em vários domínios:

• Ligação genética: Esta metodologia envolve a determinação das posições relativas dos genes nos cromossomas através da análise de uma variedade de marcadores genéticos, incluindo marcadores moleculares ou genéticos. Consequentemente, o mapeamento genético constrói mapas genéticos abrangentes, que revelam inter-relações complexas entre os genes.
• Localização de genes: Através do mapeamento genético, a localização precisa de um gene de interesse em um cromossoma pode ser determinada. Ao analisar meticulosamente dados genotípicos e fenotípicos, genes específicos podem ser precisamente identificados e associados a características particulares de interesse.
• Alvo genético: O mapeamento genético permite discernir a direção da transferência de genes, envolvendo a identificação de fontes e alvos da transmissão genética. Este conhecimento valioso contribui significativamente para a compreensão do fluxo gênico, da relação entre os indivíduos e dos padrões intrincados de transmissão de genes dentro de uma população específica.
• Análise de parentesco e linhagem: Através do mapeamento genético, podem ser realizadas análises abrangentes de parentesco e linhagem entre indivíduos, como relações pai-filho, irmão-irmão e relações de antepassados. Esta informação é de extrema importância na gestão eficaz de recursos de germoplasma, na formulação de estratégias de reprodução eficientes e na seleção informada de progenitores.

Mutação e polimorfismo: O mapeamento genético revela-se instrumental na descoberta de mutações e polimorfismos prevalentes nas populações de plantas. Através de uma avaliação abrangente da variação genética em vários loci, fornece informações inestimáveis sobre a diversidade genética e a variação existente dentro da população. Este conhecimento, por sua vez, ajuda significativamente na conservação dos recursos de germoplasma e no avanço dos esforços de melhoramento genético.

Mapeamento de Populações

Vários grupos são utilizados no mapeamento genético, com populações de mapeamento comuns incluindo populações F1, populações F2, populações RIL (linhas recombinantes endogâmicas) e populações DH (haploides duplicadas). As populações de mapeamento F1 estão entre os grupos mais utilizados para a construção de mapas de ligação genética. Estas populações são formadas pelo cruzamento de dois progenitores, resultando na primeira geração de descendentes. Na geração F1, os indivíduos normalmente exibem características dominantes, tornando-os mais fáceis de observar e medir. Uma vez que a geração F1 herda um número igual de genes de ambos os progenitores, é valiosa para analisar o mapeamento genético e determinar a ligação entre loci marcadores. Os genótipos simplificados da geração F1 reduzem a complexidade da análise e aumentam a estabilidade do mapeamento genético.

A População de Mapeamento F2

A população de mapeamento F2 representa a segunda geração de descendentes resultantes da autofecundação ou cruzamento (hibridação cruzada) de indivíduos F1. Os indivíduos F2 são produzidos pela autofecundação ou cruzamento de indivíduos F1, enquanto os indivíduos F1 são obtidos ao cruzar dois progenitores. A autofecundação envolve o acasalamento de indivíduos dentro da mesma geração F1, enquanto o cruzamento refere-se ao acasalamento de indivíduos de diferentes gerações F1. Os indivíduos da geração F2 têm genótipos mais complexos com maior variação genética, uma vez que herdam um número igual de genes de seus quatro avós. Essas características levam às seguintes características da população de mapeamento da geração F2:

• Expressão de traços recessivos: Devido à maior complexidade dos genótipos na geração F2, os traços recessivos podem manifestar-se e requerem observação e medição cuidadosas.
• Maior diversidade genética: Os indivíduos da geração F2 apresentam uma maior variação genética em comparação com a geração F1, facilitando uma melhor exploração e análise das relações interligadas entre os loci.
• Aumento da variação individual em genótipos e fenótipos: A maior variação individual da população de mapeamento da geração F2 proporciona mais variabilidade e informação para o mapeamento genético.

Mapeamento de Populações RIL

As populações de mapeamento RIL são populações puras obtidas pela autofecundação de dois pais endogâmicos utilizando métodos de autofecundação sequenciais para construir mapas de ligação genética. Este tipo de população é comumente utilizado em estudos genéticos e envolve os seguintes passos:

• Cruzamento inicial: Duas linhagens ou estirpes puras auto-férteis diferentes são selecionadas como progenitores e cruzadas para produzir a geração F1.
• Autopolinação sucessiva: A partir da geração F1, são realizadas operações de autopolinação sucessiva, levando a que cada geração de indivíduos seja autopolinizada ou cruzada entre si para produzir indivíduos autofertilizados.
• Estabelecimento da população: Após várias gerações de autofecundação, os genótipos entre os indivíduos estabilizam-se e tornam-se fixos, resultando num grande número de indivíduos autofecundados que formam uma população de mapeamento RIL.
• Análise de marcadores: Indivíduos numa população RIL são genotipados utilizando marcadores de ADN ou outros marcadores moleculares, como marcadores SNP, marcadores SSR e sequências específicas de locus.
• Construção de um mapa de ligação genética: Analisando os genótipos e os dados fenotípicos relacionados dos indivíduos na população RIL, são utilizados métodos computacionais e modelos estatísticos para inferir as relações de ligação e distâncias entre diferentes loci de marcadores, construindo assim o mapa de ligação genética. Estes mapas fornecem informações valiosas sobre a localização dos loci, relações de ligação e segregação, que têm aplicações significativas no estudo da base genética de características complexas, localização de genes e análise de correlação.

Mapeamento de Populações DH

Os investigadores em genética utilizam frequentemente populações de mapeamento DH (Haploide Duplicado) para construir mapas de ligação genética. Estas populações permitem a reprodução assexuada de células e a purificação de cromossomas, levando ao desenvolvimento de plantas ou animais auto-compatíveis.
O processo de criação e utilização de populações de mapeamento DH envolve os seguintes passos:

• Hibridação inicial: Dois indivíduos parentais, tipicamente indivíduos auto-puros com alta afinidade, são escolhidos para hibridação.
• Reprodução assexuada: Os indivíduos híbridos submetem-se a técnicas apropriadas de reprodução assexuada, como cultura de pólen, cultura de embriões, indução haploide e cultura in vitro. Estes métodos produzem indivíduos reproduzidos assexuadamente que contêm material genético de apenas um progenitor, possuindo um número haploide de cromossomas gaméticos no seu genoma.
• Purificação de cromossomas: Várias técnicas de purificação de cromossomas são aplicadas para duplicar o número de cromossomas em um indivíduo haploide, transformando-o em um indivíduo haploide duplicado. Métodos comuns incluem a duplicação de cromossomas, a restauração da fertilidade masculina a partir da esterilidade masculina e o tratamento do pólen. Este processo resulta em um grupo de indivíduos haploides autopolinizados e puros, formando a população de mapeamento DH.
• Análise de marcadores: Técnicas de marcadores moleculares, como SNP (polimorfismo de nucleotídeo único) marcadores, marcadores SSR (repetições de sequência simples), etc., são utilizados para a análise de genótipos de indivíduos na população DH. Os dados de genótipo são obtidos através de chips genéticos, amplificação por PCR e outros meios.
• Construção de um mapa de ligação genética: Através de métodos computacionais e modelos estatísticos, os investigadores analisam os genótipos e os dados fenotípicos relacionados dos indivíduos na população DH. Esta análise ajuda a inferir as relações de ligação e as distâncias entre diferentes loci de marcadores, permitindo a construção de um mapa de ligação genética.

A utilização de populações de mapeamento DH reduz significativamente o tempo necessário para a autofecundação e purificação, levando a uma população altamente pura. Como resultado, as populações de mapeamento DH tornaram-se uma ferramenta poderosa para a construção rápida de mapas de ligação genética e para facilitar a localização rápida de genes.

Referência:

1. Boutet, Gilles, et al. "Descoberta de SNP e mapeamento genético utilizando genotipagem por sequenciação de ADN genómico completo de uma população RIL de ervilha." BMC Genomics 17.1 (2016): 1-14.