CDIGO DE BARRAS DE DNA

Dra. Karina Alessandra Morelli

IBRAG-DECOL-UERJ

Maio, 2015

Disciplina: Sistemtica Molecular

BIODIVERSIDADE

A variabilidade entre organismos vivos de todas as origens compreendendo, dentre outros, os ecossistemas

terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquticos e

os complexos ecolgicos de que fazem parte;

compreendendo ainda a diversidade dentro de espcies,

entre espcies e de ecossistemas.

(CDB,1992)

BIODIVERSIDADE

Fonte: FAO

BIODIVERSIDADE : SERVIOS ECOSSISTMICOS

Fonte:

POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A

BIODIVERSIDADE?

A boticria da Caatinga

Produz secreo rica em compostos

capazes de eliminar bactrias

causadoras de doenas hospitalares

e diarrias, e tambm reduzir a

presso arterial.

Phyllomedusa hipocondrialis

Fonte: Revista Fapesp.

Captopril e derivados - um

inibidor da enzima conversora de

angiotensina, utilizado em

tratamento de hipertenso

arterial, teve como prottipo, um

polipeptdeo isolado do veneno de

serpente brasileira Bothrops

jararaca, comercializado por

multinacionais farmacuticas,

rendendo de 3-5 bilhes de

dlares anuais ...

POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A

BIODIVERSIDADE?

Bothrops jararaca

Fonte: Revista Fapesp.

PERDA DA BIODIVERSIDADE

INVENTRIO DA BIODIVERSIDADE

Mapeamento, catalogao e preservao da

biodiversidade

Inventrio e documentao da biodiversidade: Colees

Biolgicas (ex situ, banco de germoplasma, amostras

fixadas, bancos de DNA)

Base do conhecimento: composio, distribuio e

contedo da biodiversidade (fontes primrias de material

para estudos bsicos e aplicados; testemunho destes

estudos)

Qualidade da informao, visibilidade dos acervos,

tratamento interdisciplinar

BIODIVERSIDADE

A variabilidade entre organismos vivos de todas as origens compreendendo, dentre outros, os ecossistemas

terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquticos e

os complexos ecolgicos de que fazem parte;

compreendendo ainda a diversidade dentro de espcies,

entre espcies e de ecossistemas.

(CDB,1992)

BIODIVERSIDADE

Fonte: FAO

BIODIVERSIDADE : SERVIOS ECOSSISTMICOS

Fonte:

POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A

BIODIVERSIDADE?

A boticria da Caatinga

Produz secreo rica em compostos

capazes de eliminar bactrias

causadoras de doenas hospitalares

e diarrias, e tambm reduzir a

presso arterial.

Phyllomedusa hipocondrialis

Fonte: Revista Fapesp.

Captopril e derivados - um

inibidor da enzima conversora de

angiotensina, utilizado em

tratamento de hipertenso

arterial, teve como prottipo, um

polipeptdeo isolado do veneno de

serpente brasileira Bothrops

jararaca, comercializado por

multinacionais farmacuticas,

rendendo de 3-5 bilhes de

dlares anuais ...

POR QUE PRESERVAR E ESTUDAR A

BIODIVERSIDADE?

Bothrops jararaca

Fonte: Revista Fapesp.

PERDA DA BIODIVERSIDADE

INVENTRIO DA BIODIVERSIDADE

Mapeamento, catalogao e preservao da

biodiversidade

Inventrio e documentao da biodiversidade: Colees

Biolgicas (ex situ, banco de germoplasma, amostras

fixadas, bancos de DNA)

Base do conhecimento: composio, distribuio e

contedo da biodiversidade (fontes primrias de material

para estudos bsicos e aplicados; testemunho destes

estudos)

Qualidade da informao, visibilidade dos acervos,

tratamento interdisciplinar

IDENTIFICAO MOLECULAR DA

BIODIVERSIDADE

O QUE DNA BARCODING?

Utilizao PADRONIZADA de UMA regio

CURTA do genoma para a identificao de

ESPCIES

Regies flanqueadoras conservadas Fcil de amplificar

Baixa variao intraespecfica

Variao descontnua entre espcies (barcoding gap)

Banco de dados

Longo o suficiente pra ser informativo e curto o suficiente para um nico sequenciamento

BARCODING GAP

Meyer & Paulay, 2005, PLoS Biology

O QUE DNA BARCODE NO PRETENDE E NO ?

-Suplantar a taxonomia tradicional

-Taxonomia baseada em DNA (uma nica sequncia

ou caracter somente no indicado pra descrever

NADA!)

-No rvore da vida, os clusters formados em sua

anlise no so rvores filogenticas!

Animais: COI

Fungos: ITS?

Planas: RbcL e MatK

Protozorios: ?????

Limitaes:

Hajbabaei et al, 2007, TRENDS in

Genetics

ASSOCIATING LIFE STAGES,

PROCESSED PARTS, ETC

-536 amostras

-4 ordens, 15 famlias, 27 gneros e 37 espcies

-99,81%

- Densidade, abundncia e composio taxonmica

*recrutamento de peixes

Bioessays 35: 10041013, 2013

2013

Teia Lepdoptera x parasitides

Informao molecular (DNA barcode) dos

parasitides e hospedeiros : 3x mais interaes

observadas na teia.

2007

2014

EXEMPLOS: BIODIVERSIDADE X DNAMT X

FORENSE

Barcodes offer distinct opportunities for the study of parasite taxa that are largely under-represented in

the record of animal species

Because diversity and distributions of parasitic taxa are necessarily described in terms of their host

organisms, naming is more than a cataloguing

procedure but, instead, constitutes a diagnosis

2009

MARCADOR

Greater differences among species, on average

5- to 10-fold higher in mitochondrial than in

nuclear genes. Thus shorter segments

distinguish among species, and because

shorter, less expensively.

Copy number. There are 100-10,000 more copies of mitochondrial than nuclear DNA per cell, making recovery, especially from small or partially degraded samples, easier and cheaper.

Relatively few differences within species in most cases. Small intraspecific and large interspecific differences signal distinct genetic boundaries between most species, enabling precise identification with a barcode.

Introns, which are non-coding regions interspersed between coding regions of a gene, are absent from mitochondrial DNA of most animal species, making amplification straightforward. Nuclear genes are often interrupted by introns, making amplification difficult or unpredictable.

Folmer et al, 1994

WHY CYTOCHROME OXIDASE I

?

WHY CYTOCHROME OXIDASE I ?

-Conserved flanking regions

- Easy to amplify

- Low intraspecific variation

- Discontinuous variation between species *

- Database

- Long enough to be informative and short

enough for a single sequencing

- Few amino acid changes (mutations

generally in the third codon)

WHAT ARE THE MAIN LIMITS TO BARCODING ENCOUNTERED SO FAR?

Groups with little sequence diversity

Groups with high sequence diversity

Resolution of recently diverged species

Hybrids (introgression)

Nuclear pseudogenes

Genetic code is different in some taxa

mtDNA

STOP CODON=> 2 universals e more 2 others .

Herdmania momus. Singh et al.

2009

Dotson & Beard, 2001

Grande et al. BMC

Evolutionary Biology

2008

8:61 doi:10.1186/1471-

2148-8-61

Gastropods

Mitochondrial (passed on complete,

but only by daughters)

Butler, J.M. (2010). Fundamentals of Forensic DNA Typing. p. 364.

MTDNA

MTDNA

Heteroplasmy

COMO TRABALHAR COM BARCODING

1. Construindo uma biblioteca de referncia:

Espcimes bem identificados

Amostragem de tecidos

Extrao e Amplificao de DNA

Sequenciamento

Submisso dos dados em uma base de dados online

2 Identificao de desconhecidos:

Adulto, fragmento do organismo, juvenil, larvas

Amostragem de tecidos, DNA, sequenciamento

Comparao com a biblioteca de referncia

MTODOS PARA IDENTIFICAR ESPCIES

ATRAVS DE DNA BARCODING

(i) mtodos baseados em rvores; (NJ;BI)

(ii) os mtodos baseados em similaridade; (BLAST)

(iii) mtodos baseados em caracteres ("mtodos de

diagnstico").

Weitschek et al, 2014