Sumários
T 22: Ecologia molecular
25 Novembro 2025, 15:30 • Patricia Beldade
Uso de marcadores genéticos em estudos de aves marinhas da ordem Procellariformes (Petrels) em vários tópicos: i) genética de populações e filogreografia, ii) história evolutiva, iii) dieta e iV) conservação (análise de inbreeding).
A ordem dos Procellariformes inclui 4 famílias de aves pelágicas: passam a maior parte do tempo de via em mar alto mas nidificam em terra (ilhas), sendo caracterizadas por filipatria (tedem a voltar às ilhas onde nasceram). Algumas espécies são endémicas exclusivas de uma ilha e muitas estão ameaçadas do ponto de vista da conservação.
Exemplo 1: Genética de populações das “Madeiran Storm Petrels” (Oceanodroma castro; Roque de Castro, em português). Aparecem em ilhas do Atlântico (incluindo Madeira e Açores – com duas populações alocrónicas nos Açores) e do Pacífico. No entanto, não conhece a relação de proximidade entre as populações das diferentes ilhas. Num estudo publicado em 2016 na revista “Mol Phylo Evol” (DOI: 10.1016/j.ympev.2016.02.014), Silva et al. usaram dois tipos de marcadores: mtDNA-CR (sequência da “Control Region” do DNA mitocondrial) e marcadores nucleares anónimos (SNPs espalhados pelo genoma mas cuja localização exacta não era conhecida). As redes de haplótipos mitocondriais separaram claramente as populações das diferentes ilhas, com excepção de alguma ligação entre a população da Madeira e uma das populações sazonais dos Açores. A outra população sazonal dos Açores estava bem separada e, entretanto, até foi classificada como uma espécie distinta (O. monteiroi). Os marcadores nucleares foram desenvolvidos antes da NGS se tornar standard na identificação de SNPs. A estratégia seguida envolveu: fragmentação do gDNA (sonicação), integração dos fragmentos em plasmídeos, utilização de primers na sequência dos plasmídeos para sequenciar os fragmentos das aves neles inseridos, desenho de primers específicos para a sequência das aves, uso desses primers para obter essa zona genómica nos restantes indivíduos, sequenciação Sanger dos vários indivíduos, identificação de SNPs. Esta estratégia identificou centenas de SNPs, contrastando com os milhares de SNPs que geralmente se identificam com recurso a NGS. Estes SNPs foram analisados usando duas estratégias: análise de STRUCTURE (que mostrou separação clara das populações das diferentes ilhas) e análise filogenética (que permitiu estimar tempos de divergência entre as populações).
Exemplo 2: Relações filogenéticas do complexo de espécies das “North Atlantic Gadfly Petrels” (Hydrobates leucorhous; Freiras, em português). Existem 5 espécies no Atlântico Norte, incluindo uma endémica para a Madeira (nidificam no Pico da Madeira) e uma endémica das Selvagens (nidificam no Bugio), ambas altamente ameaçadas. Tb ocorrem em Cabo verde, Caraíbas e Bermudas. Não era claro que as duas espécies da Madeira têm um ancestral comum que divergiu da espécie de Cabo Verde, ou se o cenário foi outro. Num estudo ainda não publicado, Silva et al. usaram cerca de 21 mil SNPs obtidos via ddRAD (double digest RAD-seq). A Análise destes dados mostraram relações filogenéticas surpreendentes: as espécies das Bermudas e Caraíbas não se separam primeiro das espécies da Madeira e Cabo Verde.
Exemplo 3: Dieta das “North Atlantic Gadfly Petrels” (Hydrobates leucorhous; Freiras, em português) da Madeira. Entender a dieta de aves pelágicas pode ajudar a perceber melhor os factores que afectam a sua distribuição e abundância. Num estudo publicado em 2024 na “Molecular Ecology” (DOI: 10.1007/s00227-024-04469-4), Silva et al. usaram uma abordagem de meta-barcoding para identificar as espécies de presa cujo DNA estava representado nas regurgitações e fezes de aves amostradas nas diferentes ilhas. Usaram vários barcodes adequados para diferentes grupos taxonómicos, incluindo peixes, cefalópodes e crustáceos. Ainda que estas aves se alimentem à superfície (não mergulham profundamente), a dieta é dominada peixes mesoplágicos (tipicamente encontrados entre 200 e 2000 metros de profundidade). Pensa-se que as aves se alimentam à noite quando as espécies mesoplágicas vem mais à superfície para se alimentarem elas próprias.
Exemplo 4: Endogamia e variabilidade genética nas Pterodroma cahow das Bermudas. Estas ilhas incluem 4-5 locais de nidificação actuais. A história e características metereológicas das ilhas resultam em populações pequenas. Os marcadores genéticos podem ajudar a perceber a história demográfica e potencial para inbreeding, com consequências para a conservação. A chegada às ilhas de navegadores europeus, que introduziram espécies de mamíferos que comem os ovos, pintos e adultos em nidificação (navegadores espanhois nos 1500 trouxeram porcos e navegadores ingleses nos 1600 trouxeram ratos e gatos), acabaram por resultar no que se pensava ter sido a extinção das freiras das Bermudas no século XVII. Nos anos 60 foram encontrados alguns casais e, com o sucesso de esforços locais de conservação (incluindo ninhos em cimento, mais resistentes às intempéries que regularmente afectam as içhas), hoje estima-se que existam cerca de 150 casais. Num estudo publicado em 2023 no “com potencial de bottlenecks históricos. das ilhas e têm populações J Heredity (DOI: 10.1093/jhered/esad030), Afonso et al. usaram mtDNA-COI (sequência) e ~12500 SNPs (obtidos de ddRAD) conseguiram estudar o nível de inbreeding, detectável em indivíduos amostrados nas diferentes localizações relevantes nas Bermudas. Descobriram menos evidência de inbreeding do que seria de esperar. Estes resultados carecem de confirmação com mais marcadores e de explicação.
Aula dada pela professora convidado Mónica Silva, investigadora no cE3c-FCUL.
TP11: RNA-seq
24 Novembro 2025, 14:00 • Patricia Beldade
Variação genética e epigenética, variação em expressão genética e variação em características fenotípicas observáveis. Estratégias para medir expressão genética, incluindo análise transcriptómica com base em NGS, chamada RNA-seq. Exercício de análise e interpretação de dados de RNA-seq: PCA e Volcano Plots. Aula dada pelo investigador Dragan Stajic.
T 21: Genética da especiação
20 Novembro 2025, 12:30 • Patricia Beldade
O caso de estudo das populações experimentais de C. elegans. Aparecimento duma nova mutação, com fenótipo comportamental: roller – chamemos ROL ao alelo que causa este fenótipo. Possíveis efeitos de novas mutações no fitness (benéficas, neutras e deletérias) e consequência para a sua persistência nas populações. Principais conclusões da “neutral theory” sobre a probabilidade e tempo de fixação de uma mutação neutral e a taxa de acumulação de mutações entre linhagens. Relógio molecular: número de substituições nas bases do DNA proporcional ao tempo de divergência. Podemos usar dados genéticos das populações actuais para inferir quando é que a especiação aconteceu. Dois eixos nos estudos de “Speciation Genetics”: 1) uso da genética para perceber a evolução das espécies, incluindo quando começaram a divergir e as forças evolutivas que contribuíram para essa divergência, 2) mecanismos (genes) que causam o isolamento reprodutor (por vezes chamados de “speciation genes”).
Exemplo das formigas que cultivam fungos - podemos usar árvores filogenéticas para saber quando uma determinada característica primeiro apareceu. Foi isto que fizeram num estudo publicado na Science em 2024 (Schultz et al.). Diversificação morfológica dos ciclídeos nos lagos Tanganyka e Malawi (Albertson & Kocher, Heredity, 2006) – análise genética mostra que evoluíram independentemente em cada um dos lagos (Salzburger, Nat Rev Genetics, 2018). Utilização de marcadores genéticos neutrais para estudar a relação entre espécies e para datar eventos importantes.
Para que uma nova mutação leve a isolamento reprodutor deverá afectar: a propabilidade de reprodução e/ou viabilidade da descendência e/ou fertilidade da descendência. Como evolui o isolamento reprodutor? Exemplo dos tentilhões das Galápagos: radiação adaptativa com alteração dos bicos associada à utilização de diferentes recursos alimentares. A radiação adaptativa inclui o aparecimento de novas espécies e a diversificação ecológica. A evolução dos bicos é seguida pelo casal Grant ao longo de 40 anos: vários eventos de seca que levaram a evolução do tamanho dos bicos. Uma vez que o tamanho dos bicos afecta o canto e o canto afecta o sucesso reprodutor, alterações no tamanho dos bicos devido a causas ecológicas pode resultar em isolamento reprodutor, como efeito colateral da seleção natural. Conceito de “magic traits” que afectam a ecologia e a reprodução. Utilização de “genome scans” para identificar genes que explicam diferenças entre 2 grupos – podem ser duas espécies.
Exemplo do Senecio squalidus, espécie de origem híbrida que surgiu no jardim botânico de Oxford dum cruzamento de duas espécies que ocorrem em alopatria em Itália. Esta nova espécie híbrida espalhou-se pelo UK. Pouco usual: normalmente os híbridos têm fitness reduzido -- exemplo das bananas (híbridos entre plantas parentais com diferentes números de cromossomas) e dos ligers (esterilidade dos híbridos por incompatibilidades genéticas). Porque é que os híbridos têm fitness reduzida? Modelo de incompatibilidade genética de (Bateson-)Dobzhansky-Muller (DMI).(Wu & Ting, Nat Ver Genetics, 2004). Exemplo dos “swordtail fish” – cruzamento entre espécie com gene responsável por produção de melanócitos nas barbatanas + gene que reprime a formação de tumores com espécie sem estes variantes leva a híbridos que desenvolvem muitos tumores.
Exemplo dos lupinos dos Andes: 130 espécies em 2 milhões de anos, contrastando com 15 espécies em 10 milhões de anos para os lupinos do “velho mundo”. Situação particular dos Páramos dos Andes -- possibilidade de curtos períodos de redução drástica dos efectivos populacionais (bottlenecks) levarem a fixação de mutações deletérias distintas em populações distintas que podem contribuir para o seu isolamento reprodutor.
Aula dada pelo professor convidado Bruno Nevado, especialista na genómica da especiação e investigador principal no cE3c-FCUL.
TP 09 : Artigos científicos utilizando marcadores moleculares (parte 2) e trabalho de grupo
20 Novembro 2025, 10:00 • Patricia Beldade
Apresentações individuais feitas pelos alunos de artigos escolhidos por eles, ilustrando diversos marcadores moleculares e suas aplicações. Apresentações orais sem suporte visual em que os alunos identificaram o tópico e pergunta/hipótese científica abordados no artigo e descreveram os métodos com enfoque em: que marcadores foram usados e como se obtiveram, que amostras foram recolhidas e como se processaram, que dados foram gerados e como foram analisados. Seis alunos apresentaram nesta aula.
Explicação do trabalho de grupo final: conteúdos e estrutura sugerida para a apresentação oral. Início do trabalho de grupo.
T 20 : Mapeamento genético: genome-wide association studies
18 Novembro 2025, 15:30 • Patricia Beldade
Continuação da aula anterior, sobre mapeamento com base em famílias (linkage mapping). Exemplo 2: testar genes candidatos e marcadores ao longo de todo o genoma para variação em características discretas. Mapeamento com base em populações. Como funciona um Genome-Wide Association Studies (GWAS). Paineis de mapeamento: exemplo das DGRPs em Drosophila. GWAS para estudos de características quantitativas e caso-crontrolo. Importância e limitações de GWAS.