LGN 579

9 -SEM

INÁRI

OS E

MGE

NÉT

ICA E

MEL

HORA

MEN

TO D

E PL

ANTAS

Prog

rama de

Pós-G

radu

ação

em

Gené

tica

e M

elho

ramen

to de Plan

tas

Departamento de Genética

Avenida Pádua Dias, 11 -Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 -Piracicaba -São Paulo -Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 -Fax: (0xx19) 3433-6706 -http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

Transfe

rência H

orizon

tal Gê

nica

: um

im

portan

te m

ecan

ismo na

evoluçã

o e

variab

ilida

de gen

ética de

proca

riotos.

Transfe

rência H

orizon

tal Gê

nica

: um

im

portan

te m

ecan

ismo na

evoluçã

o e

variab

ilida

de gen

ética de

proca

riotos.

Maria Carolina Quecine

Profa. Dra. A

line Aparecida Pizzirani-Kleiner

Sum

ário

Sum

ário

�Ca

racterística

s e clas

sifica

ção do

s procariotos;

�Va

riab

ilida

de gen

ética em

proca

riotos;

�Mec

anismos de Transfe

rência H

orizon

tal;

�Im

portân

cia da

THG

na evoluçã

o de

proca

riotos;

Que

m são

os procariotos?

Que

m são

os procariotos?

Árvore

filoge

nética

de

rivada

da

s se

qüên

cias

de

ba

se de

RN

A

ribo

ssôm

ico (ada

ptad

o de

Carl W

oese

).

Diferen

ças en

tre os D

omínios

Diferen

ças en

tre os D

omínios

+ +++- ---

- ---Fi

xaçã

o de

N2

- ---+ +++

- ---N

itrifi

caçã

o

+ ++++ +++

- ---Fa

tor d

e tra

nscr

ição

- ---+ +++

- ---Se

nsib

ilidad

e a

clor

anfe

nico

l, ca

nam

icin

ae

estre

ptom

icin

a

- ---- ---

+ +++M

etan

ogên

ese

- ---+ +++

+ +++Ve

sícu

las

de g

ás

+ +++- ---

- ---C

auda

pol

i-A n

o m

RN

A

- ---+ +++

+ +++Pr

esen

ça d

e op

eron

sno

DN

A

+ +++- ---

+ +++M

etio

nina

usad

a co

m in

icia

dor d

o tR

NA

+ +++- ---

+ +++Pr

oteí

nas

hist

onas

+ +++- ---

+ +++In

ício

da

trans

criç

ão c

om T

ATAB

ox

- ---+ +++

+ +++H

abilid

ade

de c

resc

er e

m te

mpe

ratu

ras

acim

a de

80º

C

+ ++++ +++

- ---C

loro

fila

+ ++++ +++

- ---M

embr

ana

lipíd

ica

com

liga

ções

ést

er

80S

70S

70S

Tam

anho

do

ribos

som

o

+ +++- ---

- ---D

NA

linea

r

+ +++- ---

- ---M

embr

ana

nucl

ear e

em

org

anel

as

+ +++- ---

- ---Pr

edom

inan

tem

ente

mul

ticel

ular

Euca

rya

Euca

rya

Euca

rya

Euca

rya

Euba

cter

iaEu

bact

eria

Euba

cter

iaEu

bact

eria

Arch

aea

Arch

aea

Arch

aea

Arch

aea

Car

acte

rC

arac

ter

Car

acte

rC

arac

terí ííís

ticas

stic

asst

icas

stic

as

Principa

is C

arac

terísticas

Principa

is C

arac

terísticas

•Material ge

nético sem

rev

estimen

to e histona

s;•

Não

possuem

organ

elas

rev

estida

s de

mem

bran

a;•

Parede

s ce

lulare

s co

m po

lissa

caríde

o co

mplex

o;•

Fissão

binária.

Ribossomos

Mesossomos

Plasmídios

Cápsula

Parede celular

Mem

brana celular

DNA

Pili

Nucleóide

Citoplasm

a

Flagelo

Tortora

et. al.,

2005

.

Mod

elo clon

al de microrgan

ismos

Mod

elo clon

al de microrgan

ismos

�Co

mo

os procar

iotos

possue

m tanta

dive

rsidad

e (50

veze

s mais do

que

o esperad

o po

r mutaç

ão)?

Lawr

ence

, 20

02.

Clas

sifica

ção Line

uClas

sifica

ção Line

u Tortora

et. al.,

2005

.

Clas

sifica

ção Line

uClas

sifica

ção Line

u

Espé

cie:

freq

uentem

ente classificad

as com

o indivídu

os que

trocam

material ge

nético livre

men

te entre si.

Espécie procariótica:população

de células com características

semelhantes (Tortora, 2005).

Quanto?

�E

a clas

sifica

ção de

espéc

ies pa

ra proca

riotos?

Iden

tifica

ção de

proca

riotos

Iden

tifica

ção de

proca

riotos

�Tes

tes bioq

uímicos;

�Hibridiza

ção DNA-D

NA;

�concen

traç

ão de G

+ C;

�Ge

nes co

nser

vado

s.

Evolução

Darwinian

a X proca

riotos

Evolução

Darwinian

a X proca

riotos

A teoria da

rwiniana

da

ev

olução

po

de se

r resumida em

algun

s po

stulad

os sim

ples

: (1) O princípio da "var

iaçã

o".

(2) O princípio da "her

editar

ieda

de".

(3) O princípio da "seleç

ão natural".

E co

mo se

encaixa

m os proc

ariotos

na teo

ria da

Evoluçã

o?

mares

aquíferos

rizosfera

plantas

vulcões

geleiras

sedimentos

desertos

solos

animais fontes termais

mangues

rios

Obt

ençã

o da

variabilid

ade ge

nética

Obt

ençã

o da

variabilid

ade ge

nética

Aquisição de

DNA

Rearranjos DNA

Mutação

Estratégias para

variabilidade genética:

Transferência

Horizontal

Erro na

replicação

Mutagênicos:

Internos

Ambiental

Recom

binação

Diversida

de

Gené

tica

Fontes de mutação:

Mecanismos de

reparo

Perdas de genes

Isolam

ento

Fontes de mutação:

•Condição ambiental

-fisico-quimico

-biológico

•Tam

anho da massa microbiana

(~10

30células)

Limitação da

Diversidade Genética

Fontes de Diversidade

Genética

Arb

er, 20

00.

Transferência Horizontal:

Transfe

rência H

orizon

tal Gê

nica

? Transfe

rência H

orizon

tal Gê

nica

?

Transferência Vertical:

�Transfe

rência de DNA por des

cend

ência.

�a

troca

de mater

ial ge

nético

en

tre

células

ou

geno

mas

de es

pécies

não

relac

iona

das.

�Transdu

ção(vírus).

�Co

njug

ação

(plas

mídios).

�Transform

ação

(DNA livre). Brow

n, 2

003.

Conjug

ação

e transdu

ção

Conjug

ação

e transdu

ção

�Co

njug

ação

:tran

smissã

o de

inform

ação

ge

nética

atra

vés

das

fímbr

ias

citoplas

máticas

du

as cé

lulas

bacteriana

s do

mes

mo

gêne

ro

ou

de

gêne

ros

dife

rentes

.

�Transdu

ção:

tran

siçã

o da

inform

ação

ge

nética

atra

vés de

um vírus bac

terian

o (bac

teriófag

o).

Transform

ação

Célula

DNA

Transform

ação

Transform

ação

�Obt

ençã

o de

carac

terísticas

her

editár

ias de

riva

das

da informaç

ão con

tida

em seg

men

tos de

DNA.

Liberação do DNA

Estabilização

Inativação

Degradação

Expressão da

competência

Exposiçã

o

Aquisição

Recom

binação

Recircularição

Expressão

Negativa

Neutra

Positiva

Restrição Degradação

Rearrangamento

mutação

Tho

mas &

Nielsen

, 20

05.

Etap

as da Transform

ação

Etap

as da Transform

ação

�Des

envolver com

petência

�Libe

raçã

o de

DNA no am

bien

te

�Aqu

isição

de DNA

�Re

combina

ção co

m gen

oma ho

sped

eiro

�Ex

pres

são do

gen

e ad

quirido

Tho

mas &

Nielsen

, 20

05.

Indução por falta de

alimento

Sequência-específica

humano

Haemophillusinfluenza

Constitutivo

Sequência-específica

humano

Neisseriagonorrhoeae

Sinal celular: vários

controles nutricionais

Não-específico

solo

Bacillussubtilis

Sinal celular: inibição na

fase estacionária

Não-específico

humano

Streptococcuspneumoniae

Regulação

Aquisição de DNA

Habitat

Espécie

Prop

ried

ades

de compe

tência gen

ética na

tural de

4 bac

térias amplam

ente

estuda

das:

Solom

on&

Grossm

an, 19

96.

Compe

tência bac

terian

aCo

mpe

tência bac

terian

a

Fator de estimulação

da competência

Com

xferorm

ônio

Com

petência

Com

P

Com

A

Com

XCom

Q

Com

A -P

Histidina kinase

Com

P-P

Fosfatase?

Perm

ease

Spo0K

CFS

AbrB

SpoOA-P

SpoOH

(sigma-H)

srfA

(com

S)

Solom

on&

Grossm

an, 19

96.

Compe

tência bac

terian

aCo

mpe

tência bac

terian

a

Solom

on&

Grossm

an, 19

96.

Maq

uina

ria da

aqu

isição

de DNA

ComK

Mec

A

Mec

B

Deg

U

Abr

B

SinR

ComS

CodY

Compe

tência bac

terian

aCo

mpe

tência bac

terian

a

Barreiras na

THG

Barreiras na

THG

�Ex

clusão

de supe

rfície;

�Metila

çãodo

DNA;

�Ba

rreiras na

rep

licaç

ão e estab

ilida

de do plas

mídio.

Tho

mas &

Nielsen

, 20

05.

�Re

striçã

o do

DNA;

Seqüência codificadorade proteína (Kb)

Och

man

etal.,

2000

.

THG

em proca

riotos

THG

em proca

riotos

.

A

transferência

horizontal

pode

ser

uma

importante

ferram

enta

na

adaptação

de

procariotosao um nicho específico, pois a aquisição

de um

conjunto gênico já preparado e melhorado

aumenta a adaptabilidade destes organism

os.

Ilha

s Ge

nômicas

Ilha

s Ge

nômicas

Um d

as m

ais

fortes

evidê

ncias

da T

HG:

mes

mo

gene

s em

distintos organ

ismos e m

esma funç

ão em

dife

rente co

ntex

tos ec

ológ

icos.

Hen

tsch

el&

Hac

ker, 2

001.

Detec

ção de

Ilhas

gen

ômicas

Detec

ção de

Ilhas

gen

ômicas

�Diferen

tes concen

traç

ão de G

+ C;

�Co

mpa

raçã

o de

perfil do

gen

oma;

�Có

dons

de ace

sso do

gen

oma;

�Id

entifica

ção de

aminoá

cido

cod

ificad

os.

Karlin, 20

01.

Virulência

Ilha

de Pa

toge

nicida

E. coliuropatogênica

Ilha

de Simbiose

Mesorhizobium

loti

Simbiose

Obtenção de sucrose

Ilha

Metab

ólica

Salmonellasenftenberg

Ilha

de Re

sistên

cia

Staphylococcusaureus

Resistência a Meticilina

Hen

tsch

el&

Hac

ker, 2

001.

Canteraet

al.,

2004

.

Ilha

s de

Patog

enicidad

eIlha

s de

Patog

enicidad

e

Arnold et

al., 2

003.

Patógeno

att-espaçador –contig

Associação com locus

Não patogênica

Patogênica

Ilha de Patogenicidade

Variação de G + C

Joarda

ret

al.,

2005

.

�Vá

rios ge

nes

de re

sistên

cia

a tetrac

iclin

a fora

m

testad

os:

tet(K),

tet(L),

tet(M), tet(O), tet(S)

e

tet(T).

�Gr

upo

utiliza

do Ba

cillu

sce

reus:

Bacillu

sce

reus,

Bacillu

san

thracisan

dBa

cillu

sth

uringien

sis.

�Tod

os que

apres

entaram o a pre

sença do

gen

e tet(M)

estava

m associado

s ao

transpo

sonTn9

16.

Age

rsoet

al.,

2002

�Vá

rios

isolad

os

perten

centes

a

seis

espé

cies

dife

rentes

foram

tes

tado

s: A

. ve

roniibiovar

sobr

ia, A.

hy

drop

hila, A.

enche

leia, A.

ich

tiosom

a, A

. sa

lmon

icida,

e A.

med

ia.

�Em

68

,4% do

s ca

sos

o ge

ne de

re

sistên

cia

a tetrac

iclin

a es

tava

dire

tamen

te

associad

o co

m

integron

s.

Jacobs

& Ch

enia, 20

06.

Transfe

rênc

ia

horizo

ntal

Transfe

rênc

ia

horizo

ntal

Transfe

rênc

ia

horizo

ntal

Transfe

rênc

ia

horizo

ntal

“Espéc

ie” A

“Espéc

ie” C

“Espéc

ie” B

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Dyk

huizen

& Gr

een, 199

1.

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Lawr

ence

, 20

02.

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Grup

os de es

pécies

Tempo

Lawr

ence

, 20

02.

Lawr

ence

& Hen

drickson

, 20

05.

Buchneraaphidicola

Genom

a estável

Escherichiacoli

Genom

a estável

Bordelella

spp.

Redução do genama

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

Espe

ciaç

ão sem

espéc

ie?

E os organ

ismos end

ossimbion

tes?

E os organ

ismos end

ossimbion

tes?

Buch

nera

aphidicola

–alta es

tabilid

ade

do ge

noma,

ausê

ncia d

e rear

ranjos e

THG

durante

os ú

ltim

os 1

50

milh

ões de

ano

s. http://web.uconn.edu/mcbstaff/graf/BuAp/Baphidright.htm

LCA

1818-2425 genes

LCSA

Cromossomo 629 genes

Plasmídio: p-Leu 8 genes

p-Trp

3 genes

36 genes perdidos

24 genes perdidos

90 genes perdidos

pyrF

inversãp

8 genes

perdidos

Perda do p-Trp

Transferência para o

crom

ossomo do operon

leucina e do gene trpEG

> 1000 genes

perdidos

Duplicação em Tandem

dos genes trppEG

Escala de tempo aproximada

(Myr)

Nome do gene

BSg

BAp

BBp

Son

Eco Sen

Sfl

Ype

Hin

Pmu

Pae

Vch

Xac

Xcc

Nelson et

al.,

1999

.

Rued

aet

al.,

2004

.

Cord

eset

al., 200

6.

Cord

eset

al., 200

6.

Wieze

ra&

Merkl, 20

05.

COG -Classificação

COG -Classificação

COG -Classificação

COG -Classificação

COG -Classificação

COG -Classificação

Fração

Fração Fração

Fração

Wieze

ra&

Merkl, 20

05.

Fração Log

COG -Classificação

Wieze

ra&

Merkl, 20

05.

FraçãoLog

COG -Classificação

Wieze

ra&

Merkl, 20

05.

Fração Log

COG -Classificação

Wieze

ra&

Merkl, 20

05.

FraçãoLog

COG -Classificação

Wieze

ra&

Merkl, 20

05.

COG -Classificação

FraçãoLog

Conclusões

Conclusões

�THG

ocorre n

aturalmen

te e

em m

aior f

reqü

ência

do que

esperad

o;

�Im

portan

te mec

anismo

de va

riab

ilida

de ge

nética

de

proca

riotos;

�A a

quisição

de

novos ge

nes fa

z da

transfe

rência

horizo

ntal um

dos principais mec

anismo na

con

duçã

o da

força

evolutiva

e

dive

rsificaç

ão de

lin

hage

ns

perm

itindo

as

sim ao

s procar

iotos

a co

loniza

ção

de

novos nich

os.

Obr

igad

a!!!

Obr

igad

a!!!