Varredura seletiva

Em genética, uma varredura seletiva é o processo pelo qual uma nova mutação benéfica que aumenta sua frequência e se fixa (ou seja, atinge uma frequência de 1) na população leva à redução ou eliminação da variação genética entre as sequências de nucleotídeos que estão próximas à mutação. Na varredura seletiva, a seleção positiva faz com que a nova mutação alcance a fixação tão rapidamente que os alelos ligados podem "pegar carona" e também se fixar.

Resumo

Uma varredura seletiva pode ocorrer quando um alelo raro ou previamente inexistente que aumenta a aptidão do portador (em relação a outros membros da população) aumenta rapidamente em frequência devido à seleção natural. À medida que a prevalência de tal alelo benéfico aumenta, as variantes genéticas que estão presentes no fundo genômico (a vizinhança do DNA) do alelo benéfico também se tornarão mais prevalentes. Isso é chamado de carona genética. Uma varredura seletiva devido a um alelo fortemente selecionado, que surgiu em um único fundo genômico, resulta, portanto, em uma região do genoma com uma grande redução da variação genética nessa região cromossômica. A ideia de que uma seleção positiva forte poderia reduzir a variação genética próxima devido à carona foi proposta por John Maynard-Smith e John Haigh em 1974.^[1]

Detecção

A ocorrência ou não de uma varredura seletiva pode ser investigada de várias maneiras. Um método é medir o desequilíbrio de ligação, ou seja, se um determinado haplótipo está super-representado na população. Sob evolução neutra, a recombinação genética resultará no rearranjo dos diferentes alelos dentro de um haplótipo, e nenhum haplótipo dominará a população. No entanto, durante uma varredura seletiva, a seleção de uma variante de gene selecionada positivamente também resultará na seleção de alelos vizinhos e menos oportunidade de recombinação. Portanto, a presença de forte desequilíbrio de ligação pode indicar que houve uma varredura seletiva recente e pode ser usada para identificar locais recentemente sob seleção.

Houve muitas pesquisas para identificar varreduras seletivas em humanos e outras espécies, usando uma variedade de abordagens e suposições estatísticas.^[2]

No milho, uma comparação recente de genótipos de milho amarelo e branco ao redor de Y1 – o gene da fitoeno sintetase responsável pela cor amarela do endosperma, mostra fortes evidências de uma varredura seletiva no germoplasma amarelo, reduzindo a diversidade neste locus e o desequilíbrio de ligação nas regiões vizinhas. Linhagens de milho branco tiveram maior diversidade e nenhuma evidência de desequilíbrio de ligação associado a uma varredura seletiva.^[3]

Relevância para a doença

Como as varreduras seletivas permitem uma rápida adaptação, elas foram citadas como um fator-chave na capacidade de bactérias e vírus patogênicos atacarem seus hospedeiros e sobreviverem aos medicamentos que usamos para tratá-los.^[4] Em tais sistemas, a competição entre hospedeiro e parasita é frequentemente caracterizada como uma "corrida armamentista" evolutiva, de modo que quanto mais rapidamente um organismo puder mudar seu método de ataque ou defesa, melhor. Isso foi descrito em outro lugar pela hipótese da Rainha Vermelha.

Um exemplo vem do vírus da gripe humana, que esteve envolvido em uma competição adaptativa com humanos por centenas de anos. Embora a deriva antigênica (a mudança gradual de antígenos de superfície) seja considerada o modelo tradicional para mudanças no genótipo viral, evidências recentes^[5] sugerem que varreduras seletivas também desempenham um papel importante.

Envolvimento na agricultura e domesticação

As plantas e animais domesticados foram essencialmente geneticamente modificadas por mais de dez mil anos,^[6] submetidos a pressões seletivas artificiais e forçados a se adaptar rapidamente a novos ambientes. Varreduras seletivas fornecem uma linha de base a partir da qual diferentes variedades podem ter emergido.^[7]

Um grupo de pesquisa sueco recentemente usou técnicas de sequenciamento paralelo para examinar oito variedades de frango e seu ancestral selvagem mais próximo com o objetivo de descobrir semelhanças genéticas resultantes de varreduras seletivas.^[8] Eles conseguiram descobrir evidências de várias varreduras seletivas, principalmente no gene responsável pelo receptor do hormônio estimulante da tireóide (TSHR), que regula os elementos metabólicos e relacionados ao fotoperíodo da reprodução.

Em humanos

Exemplos de varreduras seletivas em humanos estão em variantes que afetam a persistência da lactase,^[9][10] e a adaptação a grandes altitudes.^[11]

Referências

1. Smith, John Maynard; Haigh, John (1 de fevereiro de 1974). «The hitch-hiking effect of a favourable gene». Genetics Research. 23 (1): 23–35. PMID 4407212. doi:10.1017/S0016672300014634
2. Fu, Wenqing; Akey, Joshua M. (2013). «Selection and adaptation in the human genome». Annual Review of Genomics and Human Genetics. 14: 467–489. PMID 23834317. doi:10.1146/annurev-genom-091212-153509
3. Palaisa K; Morgante M; Tingey S; Rafalski A (junho de 2004). «Long-range patterns of diversity and linkage disequilibrium surrounding the maize Y1 gene are indicative of an asymmetric selective sweep». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (26): 9885–90. Bibcode:2004PNAS..101.9885P. PMC 470768. PMID 15161968. doi:10.1073/pnas.0307839101
4. Sa, Juliana Marth, Twua, Olivia Twua, Haytona, Karen, Reyesa, Sahily, Fayb, Michael P., Ringwald, Pascal, & Wellemsa, Thomas E. (2009). «Geographic patterns of Plasmodium falciparum drug resistance distinguished by differential responses to amodiaquine and chloroquine». PNAS. 106 (45): 18883–18889. PMC 2771746. PMID 19884511. doi:10.1073/pnas.0911317106 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
5. Rambaut, Andrew, Pybus, Oliver G., Nelson, Martha I., Viboud, Cecile, Taubenberger, Jeffery K., & Holmes, Edward C. (2008). «The genomic and epidemiological dynamics of human influenza A virus». Nature. 453 (7195): 615–619. Bibcode:2008Natur.453..615R. PMC 2441973. PMID 18418375. doi:10.1038/nature06945 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
6. Hillman, G., Hedges, R., Moore, A., Colledge, S., & Pettitt, P. (2001). «New evidence of Late glacial cereal cultivation at Abu Hureyra on the Euphrates». Holocene. 4: 388–393 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
7. Gore, Michael A., Chia, Jer-Ming, Elshire, Robert J., Sun, Ersoz, Elhan S., Hurwitz, Bonnie L., Peiffer, Jason A., McMullen, Michael D., Grills, George S., Ross-Ibarra, Jeffrey, Ware, Doreen H., & Buckler, Edward S. (2009). «A First-Generation Haplotype Map of Maize». Science. 326 (5956): 1115–7. Bibcode:2009Sci...326.1115G. CiteSeerX 10.1.1.658.7628. PMID 19965431. doi:10.1126/science.1177837 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
8. Rubin, Carl-Johan, Zody, Michael C., Eriksson, Jonas, Meadows, Jennifer R. S., Sherwood, Ellen, Webster, Matthew T., Jiang, Lin, Ingman, Max, Sharpe, Sojeong, Ted Ka, Hallboök, Finn, Besnier, Francois, Carlborg, Orjan, Bed'hom, Bertrand, Tixier-Boichard, Michele, Jensen, Per, Siege, Paul, Lindblad-Toh, Kerstin, & Andersson, Leif (março de 2010). «Whole-genome resequencing reveals loci under selection during chicken domestication». Letters to Nature. 464 (7288): 587–91. Bibcode:2010Natur.464..587R. PMID 20220755. doi:10.1038/nature08832 !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
9. Bersaglieri, Todd; Sabeti, Pardis C.; Patterson, Nick; Vanderploeg, Trisha; Schaffner, Steve F.; Drake, Jared A.; Rhodes, Matthew; Reich, David E.; Hirschhorn, Joel N. (1 de junho de 2004). «Genetic signatures of strong recent positive selection at the lactase gene». American Journal of Human Genetics. 74 (6): 1111–1120. PMC 1182075. PMID 15114531. doi:10.1086/421051
10. Tishkoff, Sarah A.; Reed, Floyd A.; Ranciaro, Alessia; Voight, Benjamin F.; Babbitt, Courtney C.; Silverman, Jesse S.; Powell, Kweli; Mortensen, Holly M.; Hirbo, Jibril B. (1 de janeiro de 2007). «Convergent adaptation of human lactase persistence in Africa and Europe». Nature Genetics. 39 (1): 31–40. PMC 2672153. PMID 17159977. doi:10.1038/ng1946
11. Yi, Xin; Liang, Yu; Huerta-Sanchez, Emilia; Jin, Xin; Cuo, Zha Xi Ping; Pool, John E.; Xu, Xun; Jiang, Hui; Vinckenbosch, Nicolas (2 de julho de 2010). «Sequencing of 50 human exomes reveals adaptation to high altitude». Science. 329 (5987): 75–78. Bibcode:2010Sci...329...75Y. PMC 3711608. PMID 20595611. doi:10.1126/science.1190371