Os efeitos epistáticos recentemente vêm sendo objeto de atenção como resultado de estudos moleculares demonstrando a interação de vários genes cooperativamente nos metabolomas da levedura Saccharomyces cerevisiae. Tratando-se de um microrganismo de importância industrial e modelo na pesquisa celular, a levedura Saccharomyces cerevisiaefavorece os estudos genéticos quantitativos em análises nas condições haplóide e diplóide. Neste trabalho, foi estudado o caráter genético quantitativo"Velocidade máxima de crescimento"da levedura Saccharomyces cerevisiae. Foram utilizadas 47 linhagens, entre linhagens parentais, testemunhas, híbridos e segregantes, em experimentos planejados para obter estimativas dos componentes da variação gênica. Os efeitos aditivos corresponderam a 55,14 % da variação gênica total nas linhagens haplóides e a 66,80 % de toda a variação nas linhagens diplóides, enquanto o efeito de dominância estimado nas linhagens diplóides representou 33,20 % da variação. Nas linhagens haplóides, foi também estimada a ação gênica epistática, do tipo aditiva por aditiva, correspondendo a 44,86% da variação total, valor de maior magnitude do que o encontrado previamente para o caráter"Produção de etanol"pelo mesmo microrganismo / The inheritance of a quantitative character is classically identified as due to additive, dominant and epistatic effects. For many reasons in plant and animal studies the epistatic effects are considered negligible mainly for breeding purposes. Saccharomyces cerevisiae offers the opportunity to study quantitative characters both in haploid and diploid conditions of isogenic lines which is an advantage compared to plants and animal studies. With the aim to compare results to previous studies of a more simple genetic trait the maximum growth rate of Saccharomyces cerevisiae was studied. The results indicate a comparable genetic effect for the estimates for additive, dominant and epistatic genic action. The estimates were respectively 55,14 % of additive effects for haploids and 66,80 % in diploids. Dominat effects in diploid were estimated to represent 33,20 % of genetic variance. In the haploid condition the epistatic effects were 44,86% of total genetic variance, which suggest to pay more attention to this kind of genetic effect

Os efeitos epistáticos recentemente vêm sendo objeto de atenção como resultado de estudos moleculares demonstrando a interação de vários genes cooperativamente nos metabolomas da levedura Saccharomyces cerevisiae. Tratando-se de um microrganismo de importância industrial e modelo na pesquisa celular, a levedura Saccharomyces cerevisiaefavorece os estudos genéticos quantitativos em análises nas condições haplóide e diplóide. Neste trabalho, foi estudado o caráter genético quantitativo"Velocidade máxima de crescimento"da levedura Saccharomyces cerevisiae. Foram utilizadas 47 linhagens, entre linhagens parentais, testemunhas, híbridos e segregantes, em experimentos planejados para obter estimativas dos componentes da variação gênica. Os efeitos aditivos corresponderam a 55,14 % da variação gênica total nas linhagens haplóides e a 66,80 % de toda a variação nas linhagens diplóides, enquanto o efeito de dominância estimado nas linhagens diplóides representou 33,20 % da variação. Nas linhagens haplóides, foi também estimada a ação gênica epistática, do tipo aditiva por aditiva, correspondendo a 44,86% da variação total, valor de maior magnitude do que o encontrado previamente para o caráter"Produção de etanol"pelo mesmo microrganismo / The inheritance of a quantitative character is classically identified as due to additive, dominant and epistatic effects. For many reasons in plant and animal studies the epistatic effects are considered negligible mainly for breeding purposes. Saccharomyces cerevisiae offers the opportunity to study quantitative characters both in haploid and diploid conditions of isogenic lines which is an advantage compared to plants and animal studies. With the aim to compare results to previous studies of a more simple genetic trait the maximum growth rate of Saccharomyces cerevisiae was studied. The results indicate a comparable genetic effect for the estimates for additive, dominant and epistatic genic action. The estimates were respectively 55,14 % of additive effects for haploids and 66,80 % in diploids. Dominat effects in diploid were estimated to represent 33,20 % of genetic variance. In the haploid condition the epistatic effects were 44,86% of total genetic variance, which suggest to pay more attention to this kind of genetic effect

FACÓ, Olivardo. Estudo genético-quantitativo com os grupos genéticos formadores da raça Girolanda. 2005. 64 f. Tese (doutorado em zootecnia)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2005. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-04-22T18:14:23Z No. of bitstreams: 1 2005_tese_ofaco.pdf: 295050 bytes, checksum: 5dc005e770e84c66e2737cf8fdadbc87 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-05-27T17:47:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_tese_ofaco.pdf: 295050 bytes, checksum: 5dc005e770e84c66e2737cf8fdadbc87 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-27T17:47:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_tese_ofaco.pdf: 295050 bytes, checksum: 5dc005e770e84c66e2737cf8fdadbc87 (MD5) Previous issue date: 2005 / From records of genealogy and control of dairy and reproductive traits, supplied by Brazilian Association of Girolando Breeders, three studies were carried out. In the first study were investigated the effects of the treatment of lactation length information on genetic variability for milk yield in animals of several Holstein x Gir groups genetic. Estimates of (co)variance components were obtained through the method of the restricted maximum likelihood verisimilitude (REML) under animal model. The heritability estimates for milk yield were of 0.24, 0.31 and 0.27, when milk yield was adjusted by lactation length, when lactations inferior to 120 days of length were excluded and when all lactations were considered not adjusting by lactation length, respectively. It was concluded that the adjustment of milk yield by lactation length could take to mistaken practices in the comparison of Holstein x Gir genetic groups for milk yield and in the ranking of the animals by genetic merit. However, the exclusion of short lactations did not reduce the genetic variability and reduced the residual variance, contributing to the improvement of the quality of the genetic evaluations. In the second study were estimated the effects of additive difference between Holstein and Gir breeds, dominance and epistatics, for traits milk yield (PL), 305 days milk yield (PL305), lactation length (DL), calving interval (IDP), age at first calving (IPP) and milk yield by day of calving interval (PL/IDP). The estimates for the addictive genetic difference between the two breeds were significant for all the traits, except for IDP, being 3,115 ± 273 kg, 2,574 ± 226 kg, 98 ± 13 days, -236 ± 67 days and 7.5 ± 0.9 kg/day for PL, PL305, DL, IPP and PL/IDP, respectively. The dominance effects (heterotic) were also significant for all the traits, except for DL. Significant recombination loss was verified for PL and PL305. In the third study, the presence of heterogeneous variances for milk yield in Holstein x Gir crossbred cows and their consequences on animals genetic evaluations were investigated. Estimates of the components of (co)variance were obtained through the method of restricted maximum likelihood (REML) under animal model, using one-trait and three-traits models, where in the last one the milk yield from animals of the genetic groups 1/2, 5/8 and 3/4 were considered as different traits. The heritability estimate for milk yield obtained by the one-trait model was of 0.31, while for the three-traits model they were 0.19, 0.26 and 0.37 for the milk yield in the genetic groups 1/2, 5/8 and 3/4, respectively. The ranking of the animals in function of the predicted breeding values were different when were used the one-trait or three-traits models. The results shown the existence of heterogeneous variances for the lactation milk yield among the base genetic groups of Girolando Breed. / A partir de dados de genealogia, produção de leite e registro de partos de animais de vários grupos genéticos Holandês x Gir, obtidos junto à Associação Brasileira dos Criadores de Girolando, foram realizados três estudos. No primeiro estudo foram investigados os efeitos do tratamento das informações de duração da lactação sobre variabilidade genética para a produção de leite em animais de vários grupos genéticos Holandês x Gir. Estimativas dos componentes de (co)variância foram obtidas por meio do método da máxima verossimilhança restrita (REML) sob modelo animal. As estimativas de herdabilidade para produção de leite foram de 0,24, 0,31 e 0,27 quando a produção de leite foi ajustada para a duração da lactação, quando as lactações inferiores a 120 dias de duração foram eliminadas e quando todas as lactações foram consideradas sem ajuste para a duração da lactação, respectivamente. Conclui-se que o ajuste da produção de leite para a duração da lactação pode levar a práticas equivocadas na comparação de grupos genéticos Holandês x Gir para a produção de leite e na classificação dos animais por mérito genético. Porém, a eliminação das lactações curtas não reduziu a variabilidade genética e diminuiu a variância residual, contribuindo para a melhoria da qualidade das avaliações genéticas. No segundo estudo foram estimados os efeitos de diferença genética aditiva entres as raças Holandesa e Gir, de dominância e de recombinação, para as características produção de leite por lactação (PL), produção de leite até os 305 dias de lactação (PL305), duração da lactação (DL), intervalo de partos (IDP), idade ao primeiro parto (IPP) e produção de leite por dia de intervalo de partos (PL/IDP). As estimativas para a diferença genética aditiva entre as duas raças foram significativas para todas as características, exceto para o IDP, sendo estimadas em 3.115 ± 273 kg, 2.574 ± 226 kg, 98 ± 13 dias, -236 ± 67 dias e 7,5 ± 0,9 kg/dia para PL, PL305, DL, IPP e PL/IDP, respectivamente. Os efeitos de dominância (heterose) também foram significativos para todas as características, exceto para a DL. Foi verificada significativa perda por recombinação para PL e PL305. No terceiro estudo foi investigada a presença da heterogeneidade de variâncias para a produção de leite em vacas mestiças Holandês x Gir e suas conseqüências sobre a avaliação genética dos animais. Estimativas dos componentes de (co)variância foram obtidas através do método da máxima verossimilhança restrita (REML) sob modelo animal, utilizando modelo unicaráter e tricaráter, sendo neste último as produções de leite dos animais dos grupos genéticos 1/2, 5/8 e 3/4 consideradas como características diferentes. A estimativa de herdabilidade para produção de leite obtida pelo modelo unicaráter foi de 0,31, enquanto pelo modelo tricaráter estas estimativas foram de 0,19, 0,26 e 0,37 para as produções de leite nos grupos genéticos 1/2, 5/8 e 3/4, respectivamente. As classificações dos animais em função dos valores genéticos preditos foram diferentes quando foram utilizados os modelos uni ou tricaráter. Os resultados evidenciaram a existência de variâncias heterogêneas para a produção de leite entre os grupo genéticos formadores da Raça Girolando.

Somos conscientes de que existen claras diferencias en la organización del material hereditario en todos los organismos y que puede alterarse en escalas de tiempo relativamente cortas. En otras palabras, nos referimos a la evolución de la arquitectura del genoma y predecirla es particularmente difícil, debido a la falta de conocimiento de algunos de sus principios fundamentales. Sí poseemos información sobre las tasas de mutación y recombinación, el papel de la deriva genética o la distribución de los efectos mutacionales. Sin embargo, la información sobre la topografía de los paisajes adaptativos sigue siendo escasa y no sabemos cómo puede condicionar la evolución del virus. Los paisajes adaptativos son un concepto fundamental en biología evolutiva que trata de discernir el número de vías mutacionales accesibles para alcanzar picos de eficacia (es decir, soluciones adaptativas). Durante mucho tiempo, los paisajes fueron sólo construcciones teóricas, pero actualmente pueden caracterizarse las propiedades de los paisajes empíricos gracias a la aportación de información precisa sobre los distintos genotipos. En relación a dicha aportación, uno de los parámetros más importantes es la eficacia viral, que se ha convertido en un cálculo estándar en virología y es esencial para evaluar el potencial evolutivo de un genotipo. Básicamente, define la ventaja (o desventaja) de un genotipo dado con respecto a uno de referencia. Por lo general, las poblaciones de virus se componen de una mezcla de genotipos cuya abundancia en la población depende de las diferencias de eficacia, las interacciones entre genotipos y la deriva genética. Pero, ¿cuántos picos de eficacia puede poseer un paisaje adaptativo? ¿Serían los mismos en otras condiciones ambientales? ¿Es equitativa la contribución de la adaptación, la historia y el azar en el proceso evolutivo? ¿Hasta qué punto son relevantes las interacciones epistáticas para determinar la rugosidad del paisaje adaptativo? ¿Y la regulación de los genes del huésped durante la infección? ¿Podemos identificar los genes del mismo cuya expresión depende de la eficacia viral? Para contestar a éstas y muchas otras preguntas, hemos dividido los resultados de esta tesis en cuatro capítulos. La primera parte tratará de mostrar cómo se mueven las poblaciones virales en un paisaje de eficacia rugoso y si lo hacen eficientemente. También se evaluará si pueden escapar de la cuenca de atracción de un pico de eficacia óptima local. Para ello, partiendo de un conjunto de virus situados a distintas distancias del óptimo local, observaremos si la evolución recompensa mantenerse en el óptimo o premia la exploración de regiones distantes del paisaje. En cualquier caso, determinaremos la contribución de la adaptación, la contingencia histórica y el azar. En la segunda parte compararemos las topografías de los paisajes de dos huéspedes, original y alternativo, en busca de similitudes y diferencias. Así, analizaremos si se producen ganancias o pérdidas de eficacia en distintas condiciones y observaremos si destaca algún tipo de interacción epistática. Además, trataremos de realizar un ejercicio de valoración global para esclarecer si son más importantes los detalles macroscópicos del paisaje o los microscópicos. El propósito del tercer capítulo se aleja del tema principal para tratar de evaluar in vivo las diferencias de eficacia entre componentes subclonales de una población. Para hacerlo, trataremos de aislar centenares de subclones biológicos individuales de una población viral mediante ensayos de infectividad en un huésped alternativo, en el que el virus objeto de estudio produce lesiones locales. Por último, habiendo analizado en profundidad los paisajes de eficacia, ahondaremos en el estudio de las diferencias entre genotipos virales a nivel de la respuesta molecular del huésped a la infección. Para tal objetivo, compararemos los transcrip / We are aware that there are clear differences in the organisation of hereditary material in all organisms and that it can be altered at relatively short timescales. Predicting the evolution of genome architecture is particularly difficult, due to a lack of knowledge of some of its fundamental principles. We have information about mutation and recombination rates, the role of genetic drift, or the distribution of mutational effects. However, information about the topography of adaptive landscapes remains scarce and we do not know how it can condition the evolution of the virus. Adaptive landscapes are a fundamental concept in evolutionary biology that seeks to discern the number of mutational pathways accessible to achieve fitness peaks (i.e., adaptive solutions). For a long time, landscapes were only theoretical constructions, but today the properties of empirical landscapes can be characterized thanks to the contribution of precise information on the different genotypes. One of the most important parameters in relation to this contribution is viral fitness, which has become a standard parameter in virology and is essential for assessing the evolutionary potential of a genotype. Basically, it defines the advantage (or disadvantage) of a given genotype over a reference genotype. In general, virus populations are composed of a mixture of genotypes whose abundance in the population depends on differences in fitness, interactions between genotypes and genetic drift. But how many fitness peaks can have an adaptive landscape? Would they be the same in other environmental conditions? Is equal the contribution of adaptation, history and chance in the evolutionary process? To what extent are epistatic interactions relevant to determining the roughness of the adaptive landscape? What about regulation of host genes during infection? Can we identify the host genes whose expression depends on viral fitness? To answer these and many other questions, we have divided the results of this thesis into four chapters. The first part of the work will try to show how viral populations move in a rugged fitness landscape and if they do so efficiently. It will also be evaluated whether they can escape from the catchment area of a local peak of maximum fitness. To this end, starting from a set of genotypes of the virus, which are located at different distances from the local optimum in a very rugged landscape, we will observe whether evolution rewards staying in the local optimum or, on the other way, rewards the exploration of the landscape. In either case, we will determine the contribution of adaptation, historical contingency and fortuitous events. The second part will focus on the properties of the landscapes of two hosts, the original and an alternative one, in search of similarities and differences. Thus, we will analyze if there are gains or losses in fitness under different conditions and we will look if any epistatic interaction is highlighted. Furthermore, without forgetting all the other characteristics that define a fitness landscape, we will try to carry out a global valuation exercise to clarify whether macroscopic or microscopic details of the landscape are more important. The purpose of the third chapter momentarily moves away from the main theme of this thesis, empirical fitness landscapes, to try to assess in vivo the differences in fitness between subclonal components of a population. To do this, we will attempt to isolate hundreds of individual biological subclones of a viral population through infectivity assays in an alternative host, where the virus produces local lesions. Finally, having thoroughly analyzed the empirical fitness landscapes, we will study the differences between viral genotypes at the level of molecular response in infected hosts. For this purpose, we will study the profiles of plants infected with seven viral genotypes, which will differ in their fitness. / Som conscients que hi ha clares diferències en l'organització del material hereditari en tots els organismes i que pot alterar-se en escales de temps relativament curtes. Ens referim a l'evolució de l'arquitectura del genoma i predir-la és particularment difícil, a causa de la falta de coneixement d'alguns dels seus principis fonamentals. Sí que posseïm informació sobre les taxes de mutació i recombinació, el paper de la deriva genètica o la distribució dels efectes de les mutacions. No obstant això, la informació sobre la topografia dels paisatges adaptatius continua sent escassa i no coneguem com pot condicionar l'evolució del virus. Els paisatges adaptatius són un concepte fonamental en biologia evolutiva que tracta de aclarir el nombre de vies mutacionals accessibles per a arribar als pics d'eficàcia (és a dir, solucions adaptatives). Durant molt de temps, els paisatges van ser només construccions teòriques, però ara poden caracteritzar-se les propietats dels paisatges empírics gràcies a l'aportació d'informació precisa dels distints genotips. En relació a la dita aportació, un dels paràmetres més importants és l'eficàcia viral, que s'ha convertit en un càlcul estàndard en virologia i és essencial per a avaluar el potencial evolutiu d'un genotip. Bàsicament, definix l'avantatge (o desavantatge) d'un genotip respecte a un de referència. Generalment, les poblacions de virus es componen d'una mescla de genotips l'abundància dels quals en la població depén de les diferències d'eficàcia, les interaccions entre genotips i la deriva genètica. Però, quants pics d'eficàcia pot posseir un paisatge adaptatiu? Serien els mateixos en altres condicions ambientals? És equitativa la contribució de l'adaptació, la història i l'atzar en el procés evolutiu? Fins a quin punt són rellevants les interaccions epistàtiques per a determinar la rugositat del paisatge adaptatiu? I la regulació dels gens de l'hoste durant la infecció? Podem identificar els gens de l'hoste l'expressió dels quals depén de l'eficàcia viral? Pertanyen a la mateixa classe funcional? Per a contestar a aquestes i moltes altres preguntes, hem dividit els resultats d'esta tesi en quatre capítols. La primera part tractarà de mostrar com es mouen les poblacions virals en un paisatge d'eficàcia rugós i si ho fan eficientment. També s'avaluarà si poden escapar de la conca d'atracció d'un pic d'eficàcia òptima local. Per a aixó, partint d'un conjunt de virus que se situen a distintes distàncies de l'òptim, observarem si l'evolució recompensa mantindre's en l'òptim local o, al contrari, premia l'exploració de regions distants del paisatge. En tot cas, determinarem la contribució de l'adaptació, la contingència històrica i esdeveniments fortuïts. En la segona part compararem les topografies dels paisatges de dos hostes, original i alternatiu, a la cerca de similituds i diferències. Així, analitzarem si es produïxen guanys o pèrdues d'eficàcia en distintes condicions i observarem si destaca algun tipus d'interacció epistática. A més, sense oblidar-nos de totes les altres característiques que definixen un paisatge d'eficàcia, tractarem de realitzar un exercici de valoració global per a aclarir si són més importants els detalls macroscòpics del paisatge o els microscòpics. El propòsit del tercer capítol s'allunya del tema principal per a tractar d'avaluar in vivo les diferències d'eficàcia entre components subclonals d'una població. Per a fer-ho, tractarem d'aïllar centenars de subclons biològics individuals d'una població viral per mitjà d'assajos d'infectividad en un hoste alternatiu, en el que el virus objecte d'estudi produïx lesions locals. Finalment, després d'analitzar en profunditat els paisatges d'eficàcia, aprofundirem en l'estudi de les diferències entre genotips virals a nivell de la resposta molecular de l'hoste a la infecció. Per a tal objectiu, compararem els transcri / Cervera Benet, H. (2018). Epistasia multidimensional y la rugosidad de los paisajes adaptativos y factores del huésped que determinan la eficacia viral [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/98665 / TESIS

O mapeamento genético é constituído por procedimentos experimentais e estatísticos que buscam detectar genes associados à etiologia e regulação de doenças, além de estimar os efeitos genéticos e as localizações genômicas correspondentes. Considerando delineamentos experimentais que envolvem cruzamentos controlados de animais ou plantas, diferentes formulações de modelos de regressão podem ser adotados na identificação de QTLs (do inglês, quantitative trait loci), incluindo seus efeitos principais e possíveis efeitos de interação (epistasia). A dificuldade nestes casos de mapeamento é a comparação de modelos que não necessariamente são encaixados e envolvem um espaço de busca de alta dimensão. Para este trabalho, descrevemos um método geral para melhorar a eficiência computacional em mapeamento simultâneo de múltiplos QTLs e de seus efeitos de interação. A literatura tem usado métodos de busca exaustiva ou busca condicional. Propomos o uso do algoritmo genético para pesquisar o espaço multilocos, sendo este mais útil para genomas maiores e mapas densos de marcadores moleculares. Por meio de estudos de simulações mostramos que a busca baseada no algoritmo genético tem eficiência, em geral, mais alta que aquela de um método de busca condicional e que esta eficiência é comparável àquela de uma busca exaustiva. Na formalização do algoritmo genético pesquisamos o comportamento de parâmetros tais como: probabilidade de recombinação, probabilidade de mutação, tamanho amostral, quantidade de gerações, quantidade de soluções e tamanho do genoma, para diferentes funções objetivo: BIC (do inglês, Bayesian Information Criterion), AIC (do inglês, Akaike Information Criterion) e SSE, a soma de quadrados dos resíduos de um modelo ajustado. A aplicação das metodologias propostas é também considerada na análise de um conjunto de dados genotípicos e fenotípicos de ratos provenientes de um delineamento F2. / Genetic mapping is defined in terms of experimental and statistical procedures applied for detection and localization of genes associated to the etiology and regulation of diseases. Considering experimental designs in controlled crossings of animals or plants, different formulations of regression models can be adopted in the identification of QTL\'s (Quantitative Trait Loci) to the inclusion of the main and interaction effects between genes (epistasis). The difficulty in these approaches of gene mapping is the comparison of models that are not necessarily nested and involves a multiloci search space of high dimension. In this work, we describe a general method to improve the computational efficiency in simultaneous mapping of multiples QTL\'s and their interactions effects. The literature has used methods of exhausting search or conditional search. We consider the genetic algorithm to search the multiloci space, looking for epistatics loci distributed on the genome. Compared to the others procedures, the advantage to use such algorithm increases more for set of genes bigger and dense maps of molecular markers. Simulation studies have shown that the search based on the genetic algorithm has efficiency, in general, higher than the conditional search and that its efficiency is comparable to that one of an exhausting search. For formalization of the genetic algorithm we consider different values of the parameters as recombination probability, mutation probability, sample size, number of generations, number of solutions and size of the set of genes. We evaluate different objective functions under the genetic algorithm: BIC, AIC and SSE. In addition, we used the sample phenotypic and genotypic data bank. Briefly, the study examined blood pressure variation before and after a salt loading experiment in an intercross (F2) progeny.

O mapeamento genético é constituído por procedimentos experimentais e estatísticos que buscam detectar genes associados à etiologia e regulação de doenças, além de estimar os efeitos genéticos e as localizações genômicas correspondentes. Considerando delineamentos experimentais que envolvem cruzamentos controlados de animais ou plantas, diferentes formulações de modelos de regressão podem ser adotados na identificação de QTLs (do inglês, quantitative trait loci), incluindo seus efeitos principais e possíveis efeitos de interação (epistasia). A dificuldade nestes casos de mapeamento é a comparação de modelos que não necessariamente são encaixados e envolvem um espaço de busca de alta dimensão. Para este trabalho, descrevemos um método geral para melhorar a eficiência computacional em mapeamento simultâneo de múltiplos QTLs e de seus efeitos de interação. A literatura tem usado métodos de busca exaustiva ou busca condicional. Propomos o uso do algoritmo genético para pesquisar o espaço multilocos, sendo este mais útil para genomas maiores e mapas densos de marcadores moleculares. Por meio de estudos de simulações mostramos que a busca baseada no algoritmo genético tem eficiência, em geral, mais alta que aquela de um método de busca condicional e que esta eficiência é comparável àquela de uma busca exaustiva. Na formalização do algoritmo genético pesquisamos o comportamento de parâmetros tais como: probabilidade de recombinação, probabilidade de mutação, tamanho amostral, quantidade de gerações, quantidade de soluções e tamanho do genoma, para diferentes funções objetivo: BIC (do inglês, Bayesian Information Criterion), AIC (do inglês, Akaike Information Criterion) e SSE, a soma de quadrados dos resíduos de um modelo ajustado. A aplicação das metodologias propostas é também considerada na análise de um conjunto de dados genotípicos e fenotípicos de ratos provenientes de um delineamento F2. / Genetic mapping is defined in terms of experimental and statistical procedures applied for detection and localization of genes associated to the etiology and regulation of diseases. Considering experimental designs in controlled crossings of animals or plants, different formulations of regression models can be adopted in the identification of QTL\'s (Quantitative Trait Loci) to the inclusion of the main and interaction effects between genes (epistasis). The difficulty in these approaches of gene mapping is the comparison of models that are not necessarily nested and involves a multiloci search space of high dimension. In this work, we describe a general method to improve the computational efficiency in simultaneous mapping of multiples QTL\'s and their interactions effects. The literature has used methods of exhausting search or conditional search. We consider the genetic algorithm to search the multiloci space, looking for epistatics loci distributed on the genome. Compared to the others procedures, the advantage to use such algorithm increases more for set of genes bigger and dense maps of molecular markers. Simulation studies have shown that the search based on the genetic algorithm has efficiency, in general, higher than the conditional search and that its efficiency is comparable to that one of an exhausting search. For formalization of the genetic algorithm we consider different values of the parameters as recombination probability, mutation probability, sample size, number of generations, number of solutions and size of the set of genes. We evaluate different objective functions under the genetic algorithm: BIC, AIC and SSE. In addition, we used the sample phenotypic and genotypic data bank. Briefly, the study examined blood pressure variation before and after a salt loading experiment in an intercross (F2) progeny.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:58:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3261_1.pdf: 7030961 bytes, checksum: 5670933aaec0374078d72b528e337ada (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Após a conclusão do projeto Genoma Humano uma quantidade enorme de informação digital tornou-se disponível para a análise, propiciando novos questionamentos e conjecturas. Alterações específicas em nucleotídeos localizados no DNA genômico foram detectadas e chamadas de polimorfismo de nucleotídeo único (SNP). Até o momento cerca de 3 milhões de SNPs foram detectados no genoma humano dentre os quais 1.42 milhões já foram identificados e depositados em bancos de dados públicos Consortium2007 tornando-se o principal tipo de polimorfismo. A presença dessas pequenas modificações no genoma influencia na susceptibilidade de diversas doenças, como asma, hipertensão, diabetes, desordens neurológicas, alguns tipos de câncer, assim como também provocam alterações na resposta a medicamentos. As informações oriundas dos SNPs são de grande importância e podem ser empregadas nas mais diversas áreas, como medicina forense, antropologia molecular, evolução, definição de marcadores de predisposição a determinadas patologias e de prognóstico a diferentes tratamentos, genética de populações, conservação e manejo de recursos genéticos, farmacogenética e desenvolvimento de vacinas. Devido à sua alta influência sobre a expressão do fenótipo, vários estudos vêm sendo realizados para detectar não só os SNPs presentes no genoma, como também as interações epistáticas entre eles que alteram a predisposição a certas doenças. Nesta dissertação foi desenvolvido um estudo extensivo de diversas abordagens computacionais que avaliam conjuntos de dados com informações de genótipos de pacientes casos e controles, na tentativa de identificar as interações entre os SNPs que mais influenciam na ocorrência de uma doença. Para o estudo foram selecionadas metodologias com mecanismos distintos para identificar as interações existentes. Abordagens exaustivas, gulosas e estocásticas foram analisadas quando executadas em conjuntos de dados com diferentes combinações de parâmetros genéticos. Dentre os resultados obtidos após a análise das abordagens computacionais, constatamos que características genéticas introduzidas no conjunto de dados como a herdabilidade e a frequência do alelo menos frequente na população influenciam de forma significativa sobre o desempenho das diversas ferramentas. A diminuição no valor da herdabilidade causa nas abordagens uma influência negativa reduzindo o desempenho. Outros fatores como o tamanho da população e a quantidade de SNPs analisados também influenciam no desempenho das abordagens, ambas aumentando e reduzindo o número de acertos, respectivamente, e também no tempo de processamento utilizado para avaliar os conjuntos de dados. Ao final apresentamos nossas conclusões e conjecturamos o que poderia levar a uma detecção de interações entre SNPs de melhor qualidade

A epistasia tem sido considerada como um componente importante da herança de caracteres quantitativos, estando presente nos componentes de variância e covariância genética. No entanto, por ser desconsiderada na maioria dos modelos genético-estatísticos, seu impacto nos programas de melhoramento ainda é pouco conhecido. Além disso, como os programas de melhoramento de milho, em especial no Brasil, têm realizado seleção sob condições de estresse hídrico, é importante analisar o efeito desse estresse sobre a epistasia. Assim, este trabalho teve como objetivo a análise genética de caracteres quantitativos em milho, incluindo epistasia e epistasia pleiotrópica, em ambientes contrastantes para estresse hídrico. Foi utilizado o delineamento triple test cross modificado com testadores, em que cem progênies F2:3 foram retrocruzadas com suas linhagens genitoras L-08-05F e L-38-05D e sua geração F1. Posteriormente, as 300 progênies de retrocruzamento foram cruzadas com duas linhagens testadoras, L-02-03D e L-04-05F. Os testecrosses foram avaliados em dez ambientes no município de Piracicaba/SP, sendo cinco ambientes sem estresse hídrico e cinco com estresse hídrico, utilizando o delineamento α-látice em esquema fatorial com duas repetições por ambiente. Os caracteres analisados foram produção de grãos (PG), acamamento e quebramento de plantas (ACQ), prolificidade (PROL), altura da planta (AP) e da espiga (AE), posição relativa da espiga (PRE), florescimento masculino (FM) e feminino (FF) e intervalo entre florescimentos (IF). A presença de epistasia foi detectada para todos os caracteres. No entanto, os grupos de ambientes, sem e com estresse hídrico, e os diferentes testadores afetaram a detecção de epistasia para todos os caracteres, com exceção de PG, PROL e AP em que a epistasia foi detectada em todas as análises de variâncias conjuntas. A interação epistasia x grupos de ambientes foi significativa apenas para os caracteres PG e PROL dos testecrosses provenientes do testador L-02-03D (TC1) e AP e AE dos testecrosses provenientes do testador L-04-05F (TC2), enquanto que, a interação epistasia x testadores foi significativa para todos os caracteres. Os efeitos epistáticos de testecrosses referentes às plantas F2 significativos foram bidirecionais, com exceção do caráter PROL do TC2 no grupo de ambientes com estresse hídrico, em que os efeitos foram unidirecionais e positivos. Além disso, para cada testador e grupo de ambientes foram detectados efeitos epistáticos significativos para um grupo específico de testecrosses, ocorrendo variações na magnitude e/ou sinais dos testecrosses coincidentes. A presença de epistasia pleiotrópica foi detectada entre diversos pares de caracteres e, além disso, foi observada a formação de agrupamentos de caracteres relacionados, indicando que a epistasia pleiotrópica é modular, porém sofre influência do ambiente, presença ou ausência de estresse hídrico, e dos testadores. Portanto, na população analisada, a epistasia é um componente importante tanto da variância genética de caracteres quantitativos como da covariância genética entre caracteres, indicando que não considerá-la nas análises pode resultar em interpretações que não refletem a real complexidade do controle genético destes caracteres. / Epistasis has been considered an important part of quantitative traits inheritance and it is present in the components of genetic variance and covariance. However, its impact on breeding programs is still little-known because it is disregarded in most statistical genetic models. In addition, maize breeding programs, especially in Brazil, have been practicing selection under water stress conditions, so it is important to analyze the effects of these environments on epistasis. In this context, the objective of this study was to perform a genetic analysis of quantitative traits in maize, including epistasis and pleiotropic epistasis, in contrasting environments for water stress. The modified triple test cross design with testers was used, in which 100 F2:3 progenies were backcrossed to their parental inbred lines, L-08-05F and L-38-05D, and their F1 generation. Thereafter, the 300 backcrossed progenies were testcrossed to the inbred lines testers L-02-03D and L-04-05F. The testcrosses were evaluated in Piracicaba, SP, Brazil, in ten environments, which five environments presented water stress and the other five not, in an α-lattice design on a factorial scheme with two replications by environment. The analyzed traits were grain yield (GY), root and stalk lodging (PL), ear per plant (EPP), plant height (PH), ear height (EH), ear placement (EP), days to anthesis (DA), days to silking (DS) and anthesis-silking interval (ASI). Epistasis was detected for all traits. However, the environmental groups and the different testers affected epistasis detection for all traits, except for GY, EPP and PH, in which epistasis was detected in all joint analysis of variance. The interaction epistasis x environments groups was significant only for GY and EPP of testcrosses from the tester L-02-03D (TC1) and PH and EH of testcrosses from the tester L-04-05F (TC2), whereas the interaction epistasis x testers was significant for all traits. The significant epistatic effects of testcrosses referring to F2 plants were bidirectional, except for EPP of TC2 in the water stress environmental group, where the effects were unidirectional and positives. Besides that, for each tester and environmental group, significant epistatic effects for a specific group of testcrosses were detected, occurring variation in magnitude and/or sign of coincident testcrosses. Pleiotropic epistasis was detected between many pairs of traits and it was observed formation of related traits clusters, suggesting that pleiotropic epistasis is modular, but the modules suffered influence of environments and testers. Therefore, in the population analyzed, epistasis is an important component of genetic variance of quantitative traits and also of genetic covariance between traits, showing that disregarding epistasis in analyses may result in interpretations that do not reflect the real complexity of the genetic control of these traits.

A epistasia tem sido considerada como um componente importante da herança de caracteres quantitativos, estando presente nos componentes de variância e covariância genética. No entanto, por ser desconsiderada na maioria dos modelos genético-estatísticos, seu impacto nos programas de melhoramento ainda é pouco conhecido. Além disso, como os programas de melhoramento de milho, em especial no Brasil, têm realizado seleção sob condições de estresse hídrico, é importante analisar o efeito desse estresse sobre a epistasia. Assim, este trabalho teve como objetivo a análise genética de caracteres quantitativos em milho, incluindo epistasia e epistasia pleiotrópica, em ambientes contrastantes para estresse hídrico. Foi utilizado o delineamento triple test cross modificado com testadores, em que cem progênies F2:3 foram retrocruzadas com suas linhagens genitoras L-08-05F e L-38-05D e sua geração F1. Posteriormente, as 300 progênies de retrocruzamento foram cruzadas com duas linhagens testadoras, L-02-03D e L-04-05F. Os testecrosses foram avaliados em dez ambientes no município de Piracicaba/SP, sendo cinco ambientes sem estresse hídrico e cinco com estresse hídrico, utilizando o delineamento α-látice em esquema fatorial com duas repetições por ambiente. Os caracteres analisados foram produção de grãos (PG), acamamento e quebramento de plantas (ACQ), prolificidade (PROL), altura da planta (AP) e da espiga (AE), posição relativa da espiga (PRE), florescimento masculino (FM) e feminino (FF) e intervalo entre florescimentos (IF). A presença de epistasia foi detectada para todos os caracteres. No entanto, os grupos de ambientes, sem e com estresse hídrico, e os diferentes testadores afetaram a detecção de epistasia para todos os caracteres, com exceção de PG, PROL e AP em que a epistasia foi detectada em todas as análises de variâncias conjuntas. A interação epistasia x grupos de ambientes foi significativa apenas para os caracteres PG e PROL dos testecrosses provenientes do testador L-02-03D (TC1) e AP e AE dos testecrosses provenientes do testador L-04-05F (TC2), enquanto que, a interação epistasia x testadores foi significativa para todos os caracteres. Os efeitos epistáticos de testecrosses referentes às plantas F2 significativos foram bidirecionais, com exceção do caráter PROL do TC2 no grupo de ambientes com estresse hídrico, em que os efeitos foram unidirecionais e positivos. Além disso, para cada testador e grupo de ambientes foram detectados efeitos epistáticos significativos para um grupo específico de testecrosses, ocorrendo variações na magnitude e/ou sinais dos testecrosses coincidentes. A presença de epistasia pleiotrópica foi detectada entre diversos pares de caracteres e, além disso, foi observada a formação de agrupamentos de caracteres relacionados, indicando que a epistasia pleiotrópica é modular, porém sofre influência do ambiente, presença ou ausência de estresse hídrico, e dos testadores. Portanto, na população analisada, a epistasia é um componente importante tanto da variância genética de caracteres quantitativos como da covariância genética entre caracteres, indicando que não considerá-la nas análises pode resultar em interpretações que não refletem a real complexidade do controle genético destes caracteres. / Epistasis has been considered an important part of quantitative traits inheritance and it is present in the components of genetic variance and covariance. However, its impact on breeding programs is still little-known because it is disregarded in most statistical genetic models. In addition, maize breeding programs, especially in Brazil, have been practicing selection under water stress conditions, so it is important to analyze the effects of these environments on epistasis. In this context, the objective of this study was to perform a genetic analysis of quantitative traits in maize, including epistasis and pleiotropic epistasis, in contrasting environments for water stress. The modified triple test cross design with testers was used, in which 100 F2:3 progenies were backcrossed to their parental inbred lines, L-08-05F and L-38-05D, and their F1 generation. Thereafter, the 300 backcrossed progenies were testcrossed to the inbred lines testers L-02-03D and L-04-05F. The testcrosses were evaluated in Piracicaba, SP, Brazil, in ten environments, which five environments presented water stress and the other five not, in an α-lattice design on a factorial scheme with two replications by environment. The analyzed traits were grain yield (GY), root and stalk lodging (PL), ear per plant (EPP), plant height (PH), ear height (EH), ear placement (EP), days to anthesis (DA), days to silking (DS) and anthesis-silking interval (ASI). Epistasis was detected for all traits. However, the environmental groups and the different testers affected epistasis detection for all traits, except for GY, EPP and PH, in which epistasis was detected in all joint analysis of variance. The interaction epistasis x environments groups was significant only for GY and EPP of testcrosses from the tester L-02-03D (TC1) and PH and EH of testcrosses from the tester L-04-05F (TC2), whereas the interaction epistasis x testers was significant for all traits. The significant epistatic effects of testcrosses referring to F2 plants were bidirectional, except for EPP of TC2 in the water stress environmental group, where the effects were unidirectional and positives. Besides that, for each tester and environmental group, significant epistatic effects for a specific group of testcrosses were detected, occurring variation in magnitude and/or sign of coincident testcrosses. Pleiotropic epistasis was detected between many pairs of traits and it was observed formation of related traits clusters, suggesting that pleiotropic epistasis is modular, but the modules suffered influence of environments and testers. Therefore, in the population analyzed, epistasis is an important component of genetic variance of quantitative traits and also of genetic covariance between traits, showing that disregarding epistasis in analyses may result in interpretations that do not reflect the real complexity of the genetic control of these traits.

Considerado um dos aspectos mais complexos da genética quantitativa, a epistasia tem sido ignorada pelos melhoristas nos estudos de herança dos caracteres, principalmente os da herança da resistência de plantas a insetos, que são de difícil obtenção. No milho, a principal praga de grãos é o Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae), devido a sua capacidade de atacar grãos tanto no campo quanto em silos. Contudo, as estimativas dos componentes aditivo e de dominância envolvidos na herança dessa resistência podem estar viesadas pela presença do efeito da epistasia. Utilizando o delineamento triple testcross, os objetivos deste trabalho foram: (i) verificar a presença da epistasia para os caracteres relacionados à resistência do milho ao S. zeamais; (ii) estimar os efeitos epistáticos em cada planta F2; e (iii) estimar o efeito da interação epistasia x ambientes para estes caracteres. As 300 progênies de retrocruzamentos utilizadas nesse estudo foram avaliadas em dois ambientes no município de Piracicaba/SP, em delineamento alfa-látice 15 x 20, no esquema fatorial com duas repetições por ambiente. Os caracteres avaliados foram: número de insetos mortos (NM); número de insetos emergidos (EM); tempo médio de desenvolvimento dos insetos (TM); índice de suscetibilidade (IS) e perda percentual de massa seca dos grãos (PE). No ambiente E. E. Anhumas a presença da epistasia foi detectada para todos os caracteres; porém, no ambiente Caterpillar o efeito da epistasia não foi detectado para nenhum dos caracteres. Na análise conjunta, os efeitos epistáticos foram detectados para os caracteres NM, EM, IS e PE. O efeito da epistasia do tipo aditivo x dominante e/ou dominante x dominante foi mais importante para todos os caracteres que a epistasia do tipo aditiva x aditiva. A interação da epistasia com os ambientes foi significativa apenas para os caracteres TM e PE. Identificaram-se efeitos epistáticos bidirecionais significativos em plantas F2 para todos os caracteres no ambiente E. E. Anhumas e para os caracteres NM, EM, IS e PE na análise conjunta. O grande número de plantas F2 que apresentaram epistasia para mais de um caráter simultaneamente sugere a presença de epistasia pleiotrópica. As estimativas da variância aditiva e da interação aditiva com ambientes foram significativamente maiores que as das variâncias de dominância para a maioria dos caracteres. As magnitudes das estimativas dos coeficientes de herdabilidade para todos os caracteres variaram de baixas a medianas. A alta correlação genética entre os caracteres EM e PE sugere que o caráter PE, que é de difícil avaliação, pode ser selecionado indiretamente através do caráter EM que é de fácil avaliação para programas de melhoramento visando resistência ao S. zeamais. Os resultados obtidos na análise conjunta sugerem que, na população estudada, a epistasia constitui um componente importante da variância genética, de forma que as estimativas da variância aditiva, de dominância, graus médios de dominância e coeficientes de herdabilidade estão viesadas. / Considered one of the most complex components in quantitative genetics, the epistasis has been ignored by plant breeders, especially in inheritance studies of plant resistance, because the traits are laborious to evaluate. Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae) is an important grain pest, due to its ability to attack in both field and silo conditions. However, the estimation of additive and dominance components in the inheritance of resistance to this pest may be biased due to epistatic effects. With the use of the triple test cross design, this research was aimed to: (i) verify the role of epistasis in the inheritance of maize resistance to S. zeamais, (ii) estimate the epistatic effects in the resistance traits of each F2 plant; (iii) estimate the epistasis x environment interaction. The 300 backcross progenies of this study were evaluated in two environments at Piracicaba, Brazil, in 2008/2009 growing season, using an alpha-lattice 15 x 20 design in a factorial arrangement with two replications per environment. The recorded traits were: number of dead weevils (NDW); number of emerged weevils (EW); mean development period (DP); index of susceptibility (IS) and the percentage of dry grain weight loss (DGWL). The epistatic effects were detected in Anhumas Experimental Station (AES) environment for all traits although they were absent in Caterpillar Experimental Station environment. In the combined analysis epistasis was detected for NDW, EW, IS and DGWL traits. The additive x dominance and/or dominance x dominance epistasis were more important than the additive x additive epistasis for all traits. The epistasis x environment interaction was significant only for traits DP and DGWL. Significant epistatic effects, which were not unidirectional, were detected in F2 plants for all traits in AES and for the traits NDW, EW, IS and DGWL in the combined analysis. Several F2 plants presented epistasis for more than one trait simultaneously suggesting the presence of pleiotropic epistasis. Estimates of additive, dominance and the additive by environment interaction variances were significant for all traits. Estimates of additive and additive by environment interaction variances were significantly higher than those of dominance variance for most of the traits. The magnitudes of the heritability coefficients estimates ranged from low to intermediate. The genetic correlation between EW and DGWL traits suggests that DGWL, which is difficult to evaluate, can be indirectly selected by the EW trait, which is easier to evaluate, in a breeding program. The results from the combined analysis suggests that, in the population studied, the epistasis is an important component of the genetic variance; therefore, estimates of additive, dominance variance, the average levels of dominance and heritability coefficients are biased.