Efeito da mutação em populações selecionadas utilizando simulação genômica

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito de diferentes taxas de mutação em populações submetidas à seleção individual, considerando diferentes sistemas de acasalamento e intensidades de seleção em característica de baixa e alta herdabilidade, utilizando-se os seguintes parâmetros: valores fenotípicos, endogamia, fixação de alelos desfavoráveis e favoráveis e limite de seleção, a longo prazo. Para possibilitar o desenvolvimento deste trabalho, foram simulados por meio do programa GENESYS, separadamente, doze genomas constituídos de uma única característica quantitativa que se distingue entre si pelo valor da herdabilidade e pela taxa de mutação. Foram simulados dois valores de herdabilidade para a característica em estudo: alta herdabilidade (h2 = 0,60) e baixa herdabilidade (h2 = 0,20) e três taxas de mutação: M1 = 1:10.000; M2 = 1: 100.000; M3 = 1:1.000.000. Essas taxas de mutação são expressas em termos de proporção de mutações/locus/geração, indicando a probabilidade de que 1(um) em cada 10.000, 100.000 ou 1.000.000 de genes simulados ocorrerá uma mutação. A partir de cada genoma simulado foi obtida inicialmente uma populaçãobase, constituída de 3.000 indivíduos com taxa endogâmica igual a zero e proporção igual entre machos e fêmeas, todos heterozigotos. A partir de cada população-base simulada foram amostrados aleatoriamente 10 machos e 250 fêmeas. Por meio do acasalamento desses indivíduos amostrados, foram obtidas as populações iniciais, num total de doze populações, apresentando as seguintes estruturas: a) seis populações iniciais constituídas de 1250 indivíduos correspondentes a um número de 5 descendentes por fêmea; b) seis populações iniciais com 500 indivíduos correspondentes a um número de 2 descendentes por fêmea. Depois de formadas as populações iniciais, teve início a formação das populações de seleção, num total de trinta e seis, correspondendo a duas intensidades de seleção (IS1 = Maior Intensidade de Seleção; IS2 = Menor Intensidade de Seleção), três taxas de mutação (M1=1:10.000; M2 =1:100.000; M3=1:1.000.000) e três sistemas de acasalamento (RAA=Reprodutores Acasalados Aleatoriamente; EIC=Exclusão de Irmãos Completos; EICMI=Exclusão de Irmãos Completos e Meio-Irmãos). Os acasalamentos eram praticados entre os reprodutores que tiveram os melhores desempenhos, sendo estes escolhidos para pais da geração seguinte, tendo por base a seleção individual. Este método de seleção foi praticado por 20 gerações consecutivas e para minimizar os efeitos da flutuação gênica, foram efetuadas 5 repetições por geração. Para as populações com maior intensidade de seleção (IS1), em cada geração, foram escolhidos 10 machos e 250 fêmeas e gerados 5 descendentes por acasalamento, totalizando 1250 indivíduos, com igual proporção entre machos e fêmeas (625 machos e 625 fêmeas), correspondendo a uma intensidade de seleção de 2,47 e 0,97 dos machos e das fêmeas selecionados, respectivamente. Já para as populações com menor intensidade de seleção (IS2) foram escolhidos o mesmo número de machos e fêmeas (10 e 250), respectivamente, gerando apenas 2 descendentes por acasalamento, totalizando 500 indivíduos, com igual proporção entre machos e fêmeas (250 machos e 250 fêmeas) correspondendo a uma intensidade de seleção de 2,16 para os machos. As populações tiveram em comum o mesmo tamanho efetivo, de 38,46. Observou-se que os ganhos obtidos ao longo das 20 gerações de seleção foi superior para a taxa de maior ocorrência de mutações (1:10.000) em relação às taxas M2 (1:100.000) e M3 (1:1.000.000), para todos os sistemas de acasalamento (RAA, EIC e EICMI) e herdabilidades (h2= 0,60 e h2= 0,20) nas populações submetidas a maior intensidade de seleção. Entretanto, maior taxa de mutação e maior intensidade de seleção resultaram em aumento da endogamia, maior fixação de alelos desfavoráveis e redução acentuada no limite de seleção. Os sistemas que excluem o acasalamento entre irmãos proporcionaram menores coeficientes de endogamia. Ao relacionar estes resultados com as herdabilidades estudadas (0,20 e 0,60), todos os resultaods apresentados mostraram-se mais expressivos para o caráter de herdabilidade alta.

This work aimed to study the effect of different mutation rates in populations subjected to individual selection, with different mating systems and intensities of feature selection in high and low heritability, using the following parameters: phenotypic values, inbreeding, fixation of favorable and unfavorable alleles and the selection limit, the long term. To enable the development of this study were simulated using the GENESYS program separately, twelve genomes consisting of a single trait that distinguishes itself by the value of heritability and mutation rate. Were simulated with two levels of heritability for the trait under study: high heritability (h2 = 0.60) and low heritability (h2 = 0.20) and three mutation rates: 1:10.000 = M1, M2 = 1: 100,000; M3 = 1:1,000,000. These mutation rates are expressed in terms of proportion of mutations / locus / generation, indicating the probability that 1 (one) out of 10,000, 100,000 or 1,000,000 simulated gene mutation will occur. From each simulated genome was initially obtained a base population consisting of 3,000 individuals with inbreeding rate equal to zero and equal proportion between males and females, all heterozygotes. From each simulated population-based randomly selected 10 males and 250 females. Through mating of individuals sampled, we obtained the initial populations, a total of twelve populations, having the following structures: a) six initial populations consisted of 1250 individuals representing a number of 5 descending for female, b) six initial populations with 500 individuals representing a number of 2 descending for female. Once formed the initial populations, began training for selected populations, a total of thirty-six, corresponding to two selection intensities (IS1 = Higher intensity of selection from; IS2 = Lowest intensity of selection), three mutation rates ( M1 = 1:10,000, 1:100,000 = M2, M3 = 1:1,000,000) and three mating systems (RAA = random mating; EIC = Deleting Brothers Complete; EICMI = Deleting Brothers Full and half-brothers) . The matings were performed between the players that had the best performances, which are chosen for parents of the next generation, based on individual selection. This method of selection was practiced for 20 consecutive generations and to minimize the effects of fluctuating gene, were performed 5 repetitions per generation. For populations with greater intensity of selection (IS1), in each generation were selected 10 males and 250 females and 5 offspring generated by mating a total of 1250 individuals, with equal proportion of males and females (625 males and 625 females), corresponding a selection intensity of 2.47 and 0.97 for males and females selected, respectively. As for populations with lower intensity of selection (IS2) were chosen the same number of males and females (10 and 250), respectively, generating only 2 offspring per breeding season, totaling 500 individuals, with equal proportion of males and females (250 males and 250 females) corresponding to a selection intensity of 2.16 for males. Populations had in common the same effective size of 38.46. It was observed that the gains achieved over the 20 generations of selection was higher for the higher rate of occurrence of mutations (1:10.000) for rates M2 (1:100,000) and M3 (1:1,000,000) for all mating systems (RAA, EIC and EICMI) and heritability (h2 = 0.60 and h2 = 0.20) in populations subject to greater selection intensity. However, higher mutation rate and higher intensity of selection resulted in an increase of inbreeding, higher fixation of unfavorable alleles and marked reduction in the selection limit. Systems that preclude mating between siblings provided lower coefficients of inbreeding. By linking these results with the heritabilities studied (0.20 and 0.60), all shown that the results were more significant for the character of high heritability.