Análise de paternidade e a sua interface com a genética quantitativa

Alexandre Magno SebbennInstituto Florestal

alexandresebbenn@yahoo.com.br

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

alexandresebbenn@yahoo.com.br