Introdução à Genética
18.4 Variação genética e sua medida
Aumento no endocruzamento (F) ao longo do tempo em relação a diversos tamanhos de
populações diferentes.
CONCEITO-CHAVE O endocruzamento aumenta a frequência de homozigotos em uma
população, e pode resultar em uma frequência mais alta de distúrbios genéticos recessivos. O
coe ciente de endocruzamento (F) é a probabilidade de que dois alelos em um indivíduo
remontem à mesma cópia em um ancestral comum.
18.4 Variação genética e sua medida
Para estudar a quantidade e a distribuição da variação genética em populações, precisamos de alguns modos para quantificar a variação. Para descrever como podemos quantificar a variação, utilizaremos dados em relação ao gene da glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) de seres humanos. O G6PD é um gene ligado ao X que codifica uma enzima que catalisa uma etapa na glicólise. O alelo do tipo selvagem (B) de G6PD apresenta atividade enzimática total. Um segundo alelo, denominado A—, leva à atividade enzimática fortemente reduzida, e os indivíduos que carregam esse alelo desenvolvem anemia hemolítica. Entretanto, esse alelo também confere uma redução de 50% no risco de malária grave nos portadores. Em regiões da África nas quais a malária é endêmica, o alelo A— alcança frequências próximas de 20%, embora esse alelo esteja ausente ou seja raro em outros locais. Outro alelo (A+) leva a uma atividade enzimática apenas modestamente reduzida. Contrariamente aos indivíduos que carregam o alelo A—, os indivíduos que carregam apenas os alelos A+ ou B não desenvolvem anemia hemolítica.
A Figura 18.14 demonstra os SNP em 18 sítios polimórficos que foram
identificados por meio do sequenciamento de um segmento de 5.102 pb do G6PD a partir de uma amostra mundial de 47 homens. Os 5.084 sítios remanescentes eram fixado, ou invariantes: existe apenas um único alelo (nucleotídio) na amostra inteira em relação a cada um desses sítios. Ao fazer amostragem apenas com homens, observamos apenas um alelo e um haplótipo para cada indivíduo, tendo em vista que o gene é ligado ao X. O alelo A+ difere de B pela substituição de um único aminoácido (ácido
aspártico em lugar de asparagina) no SNP3 na Figura 18.14. O alelo A— difere do alelo B em dois aminoácidos: ele contém ambas a substituição do “ácido aspártico em lugar da asparagina” observada no alelo A+ e uma diferença em um segundo aminoácido (metionina em lugar de valina) no SNP2.
Como podemos quantificar a variação no locus G6PD? Uma medida
simples é o número de sítios segregantes (S) ou polimórficos. Em relação aos dados de G6PD, S é 18 na amostra total, 14 na amostra africana e 7 na amostra não africana. Os africanos contêm o dobro do número de sítios segregantes, apesar do fato de nossa amostra apresentar menos africanos. Outra medida simples é o número de haplótipos (NH). O valor da NH é 12 na amostra total, 9 na amostra africana e 6 na amostra não africana. Novamente, a amostra africana apresenta maior variação. Uma falha de medidas tais como S e NH é que os valores que observamos dependem fortemente do tamanho da amostra. Se temos amostras com mais indivíduos, então os valores de S e NH tendem a aumentar. Por exemplo, nossa amostra apresenta 16 africanos em comparação a 31 não africanos. Embora S tenha o dobro do tamanho em africanos do que em não africanos, a diferença provavelmente seria ainda maior se apresentássemos um número igual (31) de africanos e não africanos.
Em lugar de S e NH, podemos calcular as frequências alélicas, que não
são influenciadas por diferenças no tamanho da amostra. Em relação aos dados de G6PD, B, A— e A+ apresentam frequências mundiais de 0,83, 0,13 e 0,04, respectivamente. Entretanto, você observará que A— apresenta uma frequência de 0,0 fora da África e de 0,38 em nossa amostra africana, que é uma diferença substancial. Podemos utilizar os dados da frequência alélica para calcular uma estatística denominada diversidade gênica (GD), que é a probabilidade de que dois alelos coletados aleatoriamente do pool gênico sejam diferentes. A probabilidade de coleta de dois alelos diferentes é igual a 1 menos a probabilidade de coleta de duas cópias do mesmo alelo somada a todos os alelos do locus. Portanto:
em que pi é a frequência do iésimo alelo e Σ é o sinal de somatório, indicando que adicionamos os quadrados de todos os n valores observados de p para i = 1, 2, até o nésimo alelo. O valor de GD pode variar de 0 a 1. Ele se aproximará de 1 quando houver um grande número de alelos de frequências aproximadamente iguais. Será 0 quando houver um único alelo, e estará próximo de 0 sempre que houver um único alelo muito comum com uma
frequência de 0,99 ou superior. A Tabela 18.4 demonstra que a diversidade gênica é razoavelmente alta em africanos (0,47). Tendo em vista que os não africanos apresentam apenas o alelo B, a diversidade gênica é 0,0.
O valor de GD é igual à proporção esperada de heterozigotos sob o
equilíbrio de Hardy-Weinberg, heterozigosidade (H). Entretanto, H como um conceito é aplicável apenas aos diploides e não se aplicaria aos loci ligados ao X em indivíduos do sexo masculino. Portanto, conceitualmente a diversidade gênica (GD) é mais apropriada até mesmo se for matematicamente a mesma quantidade de H para populações de diploides sob o equilíbrio de Hardy-Weinberg.
A diversidade gênica pode ser calculada em relação a um sítio de
nucleotídio único. Ela pode ser calculada para todos os sítios de nucleotídios em um gene, caso em que é denominada diversidade nucleotídica. Tendo em vista que a maioria dos nucleotídios em quaisquer duas cópias de um gene de uma espécie é tipicamente a mesma, os valores para a diversidade nucleotídica em relação aos genes são tipicamente muito pequenos. Em relação à G6PD, existem apenas 18 sítios de nucleotídios polimórficos, mas 5.084 sítios invariantes. A diversidade nucleotídica média para toda a sequência do gene G6PD é de 0,0008 em africanos, 0,0002 em não africanos, e 0,0006 na amostra total. Esses valores nos informam que os africanos apresentam quatro vezes mais diversidade nucleotídica em G6PD do que os não africanos.
Tabela 18.4 Dados de diversidade em relação à glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) em seres humanos.
Amostra total Africanos Não africanos
Tamanho da 47 16 31
amostra
Número de sítios 18 14 7
segregantes
Número de 12 9 6
haplótipos
Diversidade 0,22 0,47 0,00
gênica (GD) no
SNP2
Diversidade de 0,0006 0,0008 0,0002
nucleotídios
FIGURA 18.14 Variação de nucleotídios de 5.102 pb do gene G6PD em relação a uma amostra mundial de 47 homens. Apenas os 18 sítios variáveis estão demonstrados. A classe alélica funcional ( — + A , A, ou B) está demonstrada em relação a cada sequência. O SNP2 é um SNP não sinônimo que causa uma substituição de valina para metionina, que é causa das diferenças na atividade enzimática associada ao alelo — A. O SNP3 é um SNP não sinônimo que causa substituição do aminoácido ácido aspártico por asparagina. (Dados de M. A. Saunders et al., Genetics 162, 2002, 1849-1861.)
A Figura 18.15 demonstra o nível de diversidade nucleotídica em
diversos organismos. Os eucariotos unicelulares são os mais diversos, seguidos pelas plantas e em seguida pelos invertebrados. Os vertebrados são o grupo menos diverso; entretanto, a maior parte dos vertebrados ainda apresenta muita diversidade nucleotídica. Em relação aos seres humanos, a diversidade nucleotídica é de aproximadamente 0,001, o que significa que dois cromossomos humanos escolhidos aleatoriamente diferirão em aproximadamente 1 pb por mil. Com 3 bilhões de pb em nosso genoma, isso soma um total de aproximadamente 3 milhões de diferenças entre o conjunto de cromossomos herdado da mãe de uma pessoa e o conjunto herdado do pai de uma pessoa para os indivíduos não consanguíneos.
CONCEITO-CHAVE As populações biológicas com frequência são ricas em variação genética.
Essa diversidade pode ser quanti cada por meio de diferentes estatísticas para comparar os
níveis de variação entre as populações e as espécies.