Análise de paternidade e a sua interface com a genética quantitativa
Alexandre Magno SebbennInstituto Florestal
IntroduçãoAnálise de paternidadeUtilidade das análises de paternidade em:
Testes de progênies de polinização abertaManejo de pomares de sementes: variação na fertilidade masculina em PS e seleção para capacidade específica de combinaçãoEstudos do isolamento de PS e plantios trangênicos
Análise de paternidade
Exemplo de análise de paternidade (Exclusão de paternidade)
Quem é o pai de X, A ou C?
♀♂ ♂
B: AA_Bb_CC
X: AA_BB_Cc
A: Aa_bb_CC C: AA_BB_Cc
Requer: Grande número de locos e alelos (Poder de exclusão: P>0,99);Amostra de todas as árvores reprodutivas da populaçãoAmostra de mais de 500 sementes (todas partes do pomar)
Exclusão de paternidade: mãe conhecida
Planta A B C E PaiMaterna 123/123 149/149 224/228 221/223
219/223219
223/223223
221/223221223219/223
Progênie 1 123/123 149/149 224/228----
Nd--3----
Paternal gameta 123 149 224 e 228Progênie 2 123/123 149/149 224/224
--
Paternal gameta 123 149 224Candidato pai 1 123/125 149/149 228/228Candidato pai 2 125/125 147/147 224/228Candidato pai 3 123/123 149/151 224/224
Conclusão: O pai da progênie 1 e 2 foi determinado como sendo o candidato 3.
Utilidade da análise de paternidade em TP:Determinar a taxa de cruzamentoDeterminar a taxa de cruzamentos correlacionadosDeterminar o coeficiente de parentesco dentro de progêniesEstimar corretamente a variância genética aditiva
Estimativa de parâmetros do sistema de reprodução em progênies de polinização aberta de Eucalyptus e Pinus
Parâmetros Eucalyptus PinusNúmero de espécies (populações) 27 (89) 34 (159)Taxa de cruzamento: t 0,75 0,88Taxa de autofecundação: s 0,25 0,12Correlação de paternidade: rp 0,36 0,27Proporção de IA: PIA=s 25% 12%
Proporção de IC: PIC=trp 27% 24%Coeficiente de coancestria: Θxy 0,221 0,183Coeficiente de parentesco: rxy 0,442 0,366
Proporção de MI: PMI=t(1-rp) 48% 64%
“Progênies de polinização aberta não são progênies de meios-irmãos”
Análise de paternidade em TP de polinização aberta
Blocos1
2
3
21 22
2221 41 42
41 42
41 42 2221
31 32
3231
3231
11 12
11 12
11 12
22
2 42
)1(p
xy
ppA
Fσ
σσ <
Θ
+=
Permite determinar com precisão o parentesco entre todas as plantas)
Permite explorar a CEC e não só a CGC
Teste de progênies de polinização aberta
Pomar de sementes
Teste de progênie1
2
Plantio comercial
Estimar parâmetros genéticos
Manejo do PS, seleção para a CEC
Matriz de coancestria antes da seleçãoProgênie 1 Progênie 2
1 2 3 4 1 2 3 4
1 0,5 MI MI MI 0 0 0 0
2 MI 0,5 IC MI 0 0 0 0
3 MI IC 0,5 MI 0 0 0 0
4 MI MI MI 0,5 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0,5 MI MI MI
2 0 0 0 0 MI 0,5 IC IC
3 0 0 0 0 MI IC 0,5 IC
4 0 0 0 0 MI IC IC 0,5
Prog. 2
Prog. 1
5.02)1( 22
2 pppA
F σσσ =
Θ
+=
250.04
25.2)01(45.04
75.1)01(45.05.0)(
)1(5.05.0 22
12
1 1 =⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ++
+++
=++
=Θ ∑∑∑
=
= ≠ xxn
nFm
i i
n
i
n
jxyii θ
Matriz de coancestria após a seleçãoProgênie 1 Progênie 2
1 2 3 4 1 2 3 4
1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0,5 MI 0 0 0 0
4 0 0 MI 0,5 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0,5 IC 0
3 0 0 0 0 0 IC 0,5 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0
Prog. 2
Prog. 1
828.0172.011 =−=Θ−=GD
172.04
75,0)01(5.042 =
++=Θ
x 88.3
21
414172.0
5.0=
++⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
nFN
ps
Ex: Doerksen & Herbinger (2008) estudaram as diferenças na fertilidade masculina em um PS e os erro no pedigree em progênies de polinização aberta de Picea rubens instalados a partir de sementes do respectivo PS
Conclusões:Diferenças na fertilidade masculina (algumas árvores deixavam mais descendentes do que outras)Erro no pedigree (causa erros nas estimativas de variâncias)Análises de paternidade pode ser usada para a reconstrução do pedigree de qualquer plantio se os parentais ou a população parental for conhecida
Análise de paternidade em PS e plantios trangênicos
Análise de paternidade em PS
Características desejadas em um PS
a) Isolamento reprodutivo do PS (evitar a contaminação por pólen não melhorado, <Gs);
b) Ausência de autofecundações e cruzamentos entre parentes (evitar endogamia e, conseqüentemente, a depressão endogâmica);
c) Cruzamentos aleatórios (máxima recombinação, >Ns));
d) Mesma taxa individual de fertilidade (equilíbrio gamético, > Ne(v) nas sementes).
Pomar de sementes
Sementes
Análise de paternidade em PSPomar de sementes
m =taxa de imigração de pólen alienígena
Análise de paternidade
a) Permitem detectar a taxa de imigração de pólen;
b) Determinar se os cruzamentos são aleatórios (t, rp);
c) A distância de dispersão de pólen e, portanto, a distância mínima necessária para o isolamento dos pomares;
d) A variação individual para fertilidade masculina.
Pólen
Ex: Grattapaglia et al. (2004) estudaram as diferenças na fertilidade masculina em PS para produção de híbridos de E. grandis x E. urophylla
Principais conclusões:Imigração de pólen no PS (29%: Isolar por mais de 400 m)Detectaram diferenças na fertilidade masculina no PSSeleção no PS dos melhores parentais paternos (E. urophylla) para a CEC
O que sabemos sobre a dispersão de pólen em Eucalyptus e Pinus
Distância de dispersão de pólen em espécies de Eucalyptus por análise de paternidade
Espécie Marcador Imigração Distância Autor
E. grandis/urophylla SSR 29%
E. grandis/urophylla Isoen. 14% >300 m Campinhos et al. 1998
E. grandis SSR 46% >210 m Jones et al. 2008
E. loxophleba SSR 56% > 1,94 km Sampson et al. 2008
E. regnans Isoen. 14% > 300 m Burczyk et al. 2002
E. loxophleba SSR 65% >1,4 km Sampson et al. 2008
E. grandis Isoen. 39% > 250 m Chaix et al. 2003
E. wandoo SSR 65% > 1 km Byrne et al. 2008
> 300 m Grattapaglia et al. 2004
Imigração de pólen em PS de PinusEspécie Marca Imigra Isol. Autor
Pinus brutia Isoen. 86%
5%
38%
36%
48%
28%
36%
100 m Kaya et al. 2006
Pinus sylvestris Isoen. >1 km Nakasaka & Szmidt 1985
Pinus taeda Isoen. > 200 m Friedman & Adams 1981
Pinus contorta SSR 200 m Stoehr & Newton 2002
>1 km
> 2 km
> 200 m
Pinus sylvestris Isoen. El-Kassaby et al. 1989
Pinus sylvestris Isoen. Harju & Nikkanen 1996
Pinus taeda Isoen. Friedman & Adams 1985
Espécie Imigração Distância ReferênciaAraucaria angustifolia 10% > 1,7 km Bittencourt & Sebbenn 2008Picea abiesPicea abiesPicea glaucaPinus flexilis
Cercidiphyllum japonicaFraxinus excelsiorPinus attenuataPinus densifloraPseudotsuga menziesiiQuercus macrocarpaQuercus robur
16% > 4,0 km Xie & Knowles 199483% > 100 m Burczyk et al. 2004b1% > 1,0 km Adams & Burczyk 20006.5% > 5,0 km Schuster & Mitton 2000
28% > 500 m Sato et al. 200646-95% > 600 m Bacles et al. 200556% > 11 m Burczyk et al. 199631% > 100 m Lian et al. 200170% > 100 m Smith & Adams 198360% > 200 m Dow & Ashley 199870% > 400 m Buiteveld et al. 2001
Distância de dispersão de pólen em outras espécies polinizadas pelo vento
O que os resultados sugerem em termos de isolamento de PS e plantios de trangênicos
Eucalyptus (polinização por abelhas): para um alto grau de isolamento devemos isolar os PS e plantios trangênicos por mais de 2 km.
Pinus (polinização pelo vento): para um alto grau de isolamento devemos isolar os PS e plantios trangênicos por mais de 5 km.
“Para mais respostas SÉRIAS sobre estas questões são necessárias mais pesquisas”
Sugestão de modelo para o estudo do isolamento de plantios trangênicos
Plantio monoclonal
~500 m
~1000 m
~3000 m
~2000 m
Pequenos talhos < 50 árvores
Amostrar e genotipar pelo menos 10locos SSR (P>0,999): i) Cloneii) Todas as árvores dos pequenos talhõesiii) Coletar sementes de várias árvores (10) dos pequenos talhos: 500 sementes/talhãoiv) Monitorar por pelo menos 4 anos
Paisagem ideal: ambiente aberto, sem barreiras físicas
AgradecimentosIPEF/ESALQ/USPDepartamento de Ciências Florestais/ESALQ/USPUNESP/BotucatuComissão organizadora
Prof. Dr. Edson Seizo MoriProf. Dr. Mário Luiz Teixeira de MoraesEng. Ftal. Paulo Henrique Müller da Silva - IPEF
Obrigado pela atenção