genética quantitativa 2010 2v1
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Genética QuantitativaGenética Quantitativa
Prof. Dra. Adriana Dantas Prof. Dra. Adriana Dantas
Uergs – Bento GonçalvesUergs – Bento Gonçalves
Disciplina: Genetica GeralDisciplina: Genetica Geral
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EfeitoEfeito do ambiente na expressão do ambiente na expressão gênicagênica
Expressão fenotípica depende do ambienteExpressão fenotípica depende do ambiente A influência dos fatores ambientais altera o A influência dos fatores ambientais altera o
fenótipofenótipo Indivíduos geneticamente diferentes Indivíduos geneticamente diferentes
desenvolvem-se de modo diferente no desenvolvem-se de modo diferente no mesmo ambientemesmo ambiente
Indivíduos geneticamente idênticos Indivíduos geneticamente idênticos desenvolvem-se desigualmente em desenvolvem-se desigualmente em ambientes diferentesambientes diferentes
Fenótipo (F) = Genótipo (G) + Ambiente (A)Fenótipo (F) = Genótipo (G) + Ambiente (A)
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Caracteres qualitativos e quantitativosCaracteres qualitativos e quantitativos
Caracteres controlados por muitos genes são Caracteres controlados por muitos genes são denominados denominados caracteres poligênicoscaracteres poligênicos Se referem a mensurações de quantidades (pesos, volumes, Se referem a mensurações de quantidades (pesos, volumes,
medidas: kg, m, cm, g, m2, etc) são comumente medidas: kg, m, cm, g, m2, etc) são comumente denominados de denominados de caracteres quantitativoscaracteres quantitativos
Os caracteres controlados por Os caracteres controlados por poucos genespoucos genes são são denominados de denominados de caracteres qualitativoscaracteres qualitativos
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Caracteres qualitativosCaracteres qualitativos
Segregações conhecidas (3:1, 1:2:1 e 9:3:3:1)Segregações conhecidas (3:1, 1:2:1 e 9:3:3:1) Para um e dois locos, respectivamente, com Para um e dois locos, respectivamente, com
dois alelos por locodois alelos por loco Genótipos classificados em grupos fenotípicos Genótipos classificados em grupos fenotípicos
distintosdistintos Pouco influenciados pelo ambientePouco influenciados pelo ambiente
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Caracteres qualitativosCaracteres qualitativos
Exemplo 1: cor de ervilhasExemplo 1: cor de ervilhas
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Exemplo 2: cor do tegumento de Exemplo 2: cor do tegumento de grãos de milhogrãos de milho
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Exemplo 3: milho doceExemplo 3: milho doceEm F2, 323 grãos normais e 97 grãos docesEm F2, 323 grãos normais e 97 grãos doces
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Caracteres qualitativos avaliados por MendelCaracteres qualitativos avaliados por Mendel
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Caracteres quantitativosCaracteres quantitativos Devido a segregação de um grande número de genes, não há a Devido a segregação de um grande número de genes, não há a
possibilidade de serem classificados em grupos fenotípicos distintospossibilidade de serem classificados em grupos fenotípicos distintos
Apresentam variação contínua e se ajustam a uma distribuição Apresentam variação contínua e se ajustam a uma distribuição normalnormal
Muito influenciados pelo ambiente. Por quê?Muito influenciados pelo ambiente. Por quê?
Como cada loco (gene) é influenciado pelo ambiente, e como são Como cada loco (gene) é influenciado pelo ambiente, e como são muitos os genes controlando esses caracteres, a influência total do muitos os genes controlando esses caracteres, a influência total do ambiente é altaambiente é alta
Existem caracteres mais sensíveis que outros as diferenças Existem caracteres mais sensíveis que outros as diferenças ambientais.ambientais.
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Exemplo 1: Altura da espiga (cm) de 100 Exemplo 1: Altura da espiga (cm) de 100 plantas F2 de milhoplantas F2 de milho
A produção de grãos é muito afetada pelo ambiente, enquanto que a precocidade é menos afetada. Ambiente = fertilidade, umidade, insolação, etc
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Exemplo 2: Peso de colmos (kg) de uma Exemplo 2: Peso de colmos (kg) de uma população F1 de cana-de-açúcarpopulação F1 de cana-de-açúcar
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Exemplo 3: Diferenças na altura na Exemplo 3: Diferenças na altura na mesma populaçãomesma população
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Explicação: multiplos genesExplicação: multiplos genes
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Número de genes e de genótiposNúmero de genes e de genótipos
Portanto, a consequência de um elevado Portanto, a consequência de um elevado número de genes controlando um caráter é número de genes controlando um caráter é o elevado número de genótiposo elevado número de genótipos
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Hipótese dos fatores múltiplos - Hipótese dos fatores múltiplos - poligenespoligenes
Nilsson-Ehle 1910 propuseram a “hipótese dos fatores multiplos”
Fundamentada no fato de que uma caracteristica é influenciada por um grande número de genesgrande número de genes, cada qual com um pequeno efeito no fenotipopequeno efeito no fenotipo.
A medida que aumentamos o numero de genesaumentamos o numero de genes, há um incremento no numero de classes fenotipicas, diminuindo a diferença entre elasdiminuindo a diferença entre elas, isto faz com que a F2 tenda a distribuição continua.
Com o aumento do número de genes diminui a Com o aumento do número de genes diminui a contribuiçào de cada alelo efetivo para o contribuiçào de cada alelo efetivo para o carater.carater.
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Interações alélicas para caracteres Interações alélicas para caracteres quantitativosquantitativos
AditivasAditivas Dominante Dominante SobredominanteSobredominante
Como atuam?Como atuam? 1 loco com 2 alelos (B1 e B2)1 loco com 2 alelos (B1 e B2) B1 alelo efetivo e B2 não efetivoB1 alelo efetivo e B2 não efetivo Genótipos: B1B1; B1B2; B2B2Genótipos: B1B1; B1B2; B2B2
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Valores genotípicos para o Loco BValores genotípicos para o Loco BM = ponto médio entre os dois genotipos homozigoticos
a = mede o afastamento de cada genotipo homozigótico em relação
a média
D = mede o afastamento do heterozigoto em relação a média
Se d = 0, não há dominância e sim aditiva
Se d = a, existe dominância completa
Se 0 < d < a, dominância parcial
d > a , sobredominância
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Relação a/dRelação a/d
A relação a/d mede o que se A relação a/d mede o que se denomina grau de dominância de um denomina grau de dominância de um gene, o qual da a idéia de qual gene, o qual da a idéia de qual interação alélica esta atuando.interação alélica esta atuando.
d/a = 0 = aditivad/a = 0 = aditiva d/a = 1,0 = dominância completad/a = 1,0 = dominância completa d/a >1,0 = sobredominanciad/a >1,0 = sobredominancia
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Interação AditivaInteração Aditiva Cada alelo contribui com um pequeno Cada alelo contribui com um pequeno
efeito fenotípico o qual é somado aos efeito fenotípico o qual é somado aos efeitos dos demais alelos?efeitos dos demais alelos?
2 genes: 2 genes: A e B – de efeitos iguais com 2 alelos cadaA e B – de efeitos iguais com 2 alelos cada
Contribuições: Contribuições: A1 = B1 = 30 unidadesA1 = B1 = 30 unidades A2 = B2 = 5 unidadesA2 = B2 = 5 unidades A1A1B1B1 = 120 un.A1A1B1B1 = 120 un. A2A2B2B2 = 20 un.A2A2B2B2 = 20 un.
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Interação alélica aditivaInteração alélica aditiva
F1 = F1 = P1 + P2P1 + P2
22
P: Genotipos:P: Genotipos: A1A1B1B1-P1A1A1B1B1-P1 x x A2A2B2B2-P2 A2A2B2B2-P2
Fenotipos:Fenotipos: 120 unidades120 unidades 20 unidades 20 unidades
F1: Genotipos:F1: Genotipos: A1A2B1B2 A1A2B1B2
Fenotipo:Fenotipo: 70 unidades 70 unidades
10 10 --a 35 +a 60a 35 +a 60
B2B2 B1B2 B1B1B2B2 B1B2 B1B1
10 10 --a 35 +a 60a 35 +a 60
B2B2 B1B2 B1B1B2B2 B1B2 B1B1B2B2 B1B2 B1B1B2B2 B1B2 B1B1
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ResultadoResultado
A = 25 unidades (60-35=25; 35-A = 25 unidades (60-35=25; 35-10=25)10=25) contribuição do alelo efetivocontribuição do alelo efetivo
d = 0; (60+10=70) d = 0; (60+10=70) valor fenotípico do genótipo heterozigoto valor fenotípico do genótipo heterozigoto
corresponde a média dos progenitorescorresponde a média dos progenitores
d/a = 0 = interação aditivad/a = 0 = interação aditiva
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Media na geração F2, com 2 genesMedia na geração F2, com 2 genes
GenótipoGenótiposs
Frequencia Frequencia (Fe)(Fe)
Valor fenotipico Valor fenotipico (F)(F)
Fe . FFe . F
A1A1B1B1A1A1B1B1
A1A1B1B2A1A1B1B2
A1A1B2B2A1A1B2B2
A1A2B1B1A1A2B1B1
A1A2B1B2A1A2B1B2
A1A2B2B2A1A2B2B2
A2A2B1B1A2A2B1B1
A2A2B1B2A2A2B1B2
A2A2B2B2A2A2B2B2
1/161/16
2/162/16
1/161/16
2/162/16
4/164/16
2/162/16
1/161/16
2/162/16
1/161/16
120120
9595
7070
9595
7070
4545
7070
4545
2020
7.5007.500
11.87511.875
4.3754.375
11.87611.876
17.50017.500
5.6255.625
4.3754.375
5.6255.625
1.2501.250
Média F2 = 70.000Média F2 = 70.000
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Média dos progenitores da F1 = F2 Média dos progenitores da F1 = F2 (70)(70)
A1A2B1B1 = 95 unidadesA1A2B1B1 = 95 unidades Genótipos dos descendentes Genótipos dos descendentes
obtidos por autofecundação do obtidos por autofecundação do indivíduo A1A2B1B2indivíduo A1A2B1B2GenótipoGenótipo
ssFrequencia Frequencia
(Fe)(Fe)Valor Valor
fenotipico (F)fenotipico (F)Fe . FFe . F
A1A1B1B1A1A1B1B1
A1A2B1B1A1A2B1B1
A2A2B1B1A2A2B1B1
1/41/4
2/42/4
1/41/4
120120
9595
7070
30.030.0
47.547.5
17.517.5
Média = 95.0Média = 95.0
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Interação DominanteInteração Dominante Avalia-se o desempenho de cada loco e nao de cada Avalia-se o desempenho de cada loco e nao de cada
aleloalelo AA = Aa = BB = Bb = 60 unidadesAA = Aa = BB = Bb = 60 unidades aa = bb = 10 unidadesaa = bb = 10 unidadesP: Genotipos: AABB - P1 x aabb - P2 Fenotipos: 120 unidades 20 unidades
F1: Genotipos: AaBb Fenotipo: 120 unidades
a = d;
d/a = 1,0
= dominância completa
bb m BB bb m BB BbBb
10 10 --a 35 +a = d 60a 35 +a = d 60
bb m BB bb m BB BbBbbb m BB bb m BB BbBb
10 10 --a 35 +a = d 60a 35 +a = d 60
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Interaçao sobredominanteInteraçao sobredominante O heterozigoto é superior aos homozigotosO heterozigoto é superior aos homozigotos AA = BB = 60 unidadesAA = BB = 60 unidades aa = bb = 10 unidadesaa = bb = 10 unidades Aa = Bb = 80 unidadesAa = Bb = 80 unidades
P: Genotipos: AABB - P1 x aabb - P2 Fenotipos: 120 unidades 20 unidades
F1: Genotipos: AaBb Fenotipo: 160 unidades
d = 45
d/a = 45/25 = 1,80 0 --a 35 +a 60 80a 35 +a 60 80
bb m BB bb m BB BbBb
dd
0 0 --a 35 +a 60 80a 35 +a 60 80
bb m BB bb m BB BbBb
dd
bb m BB bb m BB BbBb
dd
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Heterose – Obtenção de híbridosHeterose – Obtenção de híbridos
Heterose ou vigor hibrido é definida Heterose ou vigor hibrido é definida pela expressão:pela expressão:
h = F1 – h = F1 – P1 + P2P1 + P2
22 F2 = F1 – F2 = F1 – h h F3 = F2 - F3 = F2 - hh
22 4 4
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HeteroseHeteroseP: Genotipos:P: Genotipos: AABB - P1AABB - P1 x x aabb - P2 aabb - P2 Fenotipos:Fenotipos: 120 unidades120 unidades 20 unidades 20 unidades
F1: Genotipos:F1: Genotipos: AaBbAaBb Fenotipo:Fenotipo: 160 unidades 160 unidades
Heterose será: h = 120 – Heterose será: h = 120 – 120 + 20120 + 20 = 120 – 70 = 50 unidades = 120 – 70 = 50 unidades 22
Média na geração F2 = 120 – Média na geração F2 = 120 – 5050 = 96 unidades = 96 unidades 22
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Qual o tipo de interação predominante?Qual o tipo de interação predominante?
Compara-se a média dos progenitores com a media das Compara-se a média dos progenitores com a media das gerações F1 e F2:gerações F1 e F2:
P1 = 445 mg; P2=179mg; F1= 279 mg; F2= 266mgP1 = 445 mg; P2=179mg; F1= 279 mg; F2= 266mg
Media dos progenitores = Media dos progenitores = 445 + 179445 + 179 = 312 mg = 312 mg 22
Interação aditiva = F1 = F2 = media dos progenitoresInteração aditiva = F1 = F2 = media dos progenitores
Ocorrência em campo, os valores oscilam devido ao Ocorrência em campo, os valores oscilam devido ao erro experimental e desvio padrao. erro experimental e desvio padrao.
Analisa-se as medias e verifica se estatisticamente as Analisa-se as medias e verifica se estatisticamente as médias são iguais.médias são iguais.
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Estimativa dos componentes de Estimativa dos componentes de variânciavariância
Para o melhoramento, não interessa Para o melhoramento, não interessa conhecer somente os fenótipos individuais conhecer somente os fenótipos individuais das plantas mas, principalmente, as das plantas mas, principalmente, as diferenças entre os fenótipos ou a diferenças entre os fenótipos ou a variabilidadevariabilidade que se expressa entre os que se expressa entre os indivíduos.indivíduos.
Para quantificar a variabilidade utiliza-se da Para quantificar a variabilidade utiliza-se da estatística conhecida como estatística conhecida como variânciavariância, que , que é uma medida da dispersão dos dados.é uma medida da dispersão dos dados.
Quanto mais dispersos os dados em Quanto mais dispersos os dados em torno da média, maior a variância.torno da média, maior a variância.
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Estimativas das variânciasEstimativas das variânciasVP1 = 482,76 mgVP1 = 482,76 mgVP2 = 132,80 mgVP2 = 132,80 mgVF1 = 323, 68 mgVF1 = 323, 68 mgVF2 = 2220,98 mg VF2 = 2220,98 mg VRC1 = 2401,00 mg VRC1 = 2401,00 mg VRC2 = 831,76 mgVRC2 = 831,76 mg
Considera-se que a variância observada no P1, P2 e F1 é toda Considera-se que a variância observada no P1, P2 e F1 é toda ambiental (E)ambiental (E)
Assim, estimamos a Assim, estimamos a variancia ambiental (VE)variancia ambiental (VE)
VE = (VP1 + VP2 + VF1) / 3 = VE = (VP1 + VP2 + VF1) / 3 = 482,76 + 132,80 + 323,68482,76 + 132,80 + 323,68 = = 313,08313,08 33
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Variância fenotípica da geração F2 (VF2)Variância fenotípica da geração F2 (VF2)
Dois componentes: Dois componentes: 1 ambiental (VE); 1 ambiental (VE); 1 segregaçao da recombinação dos genes 1 segregaçao da recombinação dos genes
que é a que é a variancia geneticavariancia genetica (VG)(VG) VF2 = variação fenotipica da geraçao F2VF2 = variação fenotipica da geraçao F2 VE = variaçao ambientalVE = variaçao ambiental VG = variaçao genéticaVG = variaçao genética
VG = VF2 – VE = 2220,98 – 313,08VG = VF2 – VE = 2220,98 – 313,08 = = 1907,901907,90
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Variância genética na F2Variância genética na F2 Componentes: Componentes:
Efeito aditivo (VA) Efeito aditivo (VA) Efeito de dominancia (VD)Efeito de dominancia (VD)
VF2 = VA + VDVF2 = VA + VD (VRC1 + VRC2) = VA + 2.VD(VRC1 + VRC2) = VA + 2.VD VF2 = 2220,98 = VA + VD + VEVF2 = 2220,98 = VA + VD + VE
(VRC1+VRC2) = (2401,00 + 831,76) = 3232,76 = VA + 2VD + 2VE(VRC1+VRC2) = (2401,00 + 831,76) = 3232,76 = VA + 2VD + 2VE
Sendo assim: VA = 2VF2 – (VRC1 + VRC)Sendo assim: VA = 2VF2 – (VRC1 + VRC) VA = 1.209,20VA = 1.209,20
Como VE = 313,08, estimamos a Como VE = 313,08, estimamos a VD = VF2 – VA – VE = 698,70VD = VF2 – VA – VE = 698,70
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Estimativas dos parâmetros Estimativas dos parâmetros genéticosgenéticos
Coeficiente de Herdabilidade (h2)Coeficiente de Herdabilidade (h2) Exemplo: FeijoeiroExemplo: Feijoeiro
Caracteres de alta herdabilidade:Caracteres de alta herdabilidade: Número de vagens por planta (0,87 ou 87%)Número de vagens por planta (0,87 ou 87%) Número de sementes por vagem (0,94 ou 94%)Número de sementes por vagem (0,94 ou 94%) Peso de sementes (0,99 ou 99%)Peso de sementes (0,99 ou 99%)
Caráter de baixa herdabilidade:Caráter de baixa herdabilidade: Produção de grãos (0,46 ou 46%)Produção de grãos (0,46 ou 46%)
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HerdabilidadeHerdabilidade Herdabilidade no sentido amplo (hHerdabilidade no sentido amplo (haa
22):): adequada para plantas de propagação adequada para plantas de propagação
vegetativa (toda a variação genética é vegetativa (toda a variação genética é transmitida à descendência)transmitida à descendência)
Herdabilidade no sentido restrito (hHerdabilidade no sentido restrito (hrr22):):
plantas de propagação sexuada (variação plantas de propagação sexuada (variação genética pode estar dividida entre os efeitos genética pode estar dividida entre os efeitos aditivos e dominantes)aditivos e dominantes)
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HerdabilidadeHerdabilidade
(h(haa22) =) = VGVG x 100 = x 100 = VF2 – VEVF2 – VE x 100 x 100
VF2 VFVF2 VF
= = VF2 – VEVF2 – VE X 100 = X 100 = 2220,98 – 313,082220,98 – 313,08 X 100 = 85,90% X 100 = 85,90% VF2 2220,98VF2 2220,98
(h(hrr22)) = = VAVA X 100 = X 100 = 2.VF2 – (VRC1 + VRC2)2.VF2 – (VRC1 + VRC2) X 100 X 100
VF2 VF2VF2 VF2
= = 2 X 2220,98 – (2401,00 + 831,76)2 X 2220,98 – (2401,00 + 831,76) X 100 = 54,44% X 100 = 54,44% 2220,982220,98
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Observações sobre herdabilidadeObservações sobre herdabilidade
A herdabilidade não é apenas propriedade do A herdabilidade não é apenas propriedade do caráter, mas também da população e das caráter, mas também da população e das condições ambientaiscondições ambientais
55,54% da variação fenotípica do peso de 55,54% da variação fenotípica do peso de sementes é devida a variação genetica aditivasementes é devida a variação genetica aditiva
A herdabilidade pode ser aumentada não A herdabilidade pode ser aumentada não somente pela introduçao de mais variação somente pela introduçao de mais variação genética na população, mas pelas condições genética na população, mas pelas condições experimentais.experimentais.
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Utilidades da herdabilidadeUtilidades da herdabilidade
Permitir estimar o ganho Permitir estimar o ganho genético com a seleção de novos genético com a seleção de novos individuos.individuos.
Permite escolher o metodo de Permite escolher o metodo de seleção mais eficienteseleção mais eficiente
A seleção pode ser realizada já A seleção pode ser realizada já na F2 desde que apresente na F2 desde que apresente variabilidade genética.variabilidade genética.
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Exemplo: Obter nova população em que o Exemplo: Obter nova população em que o peso medio dos grãos de feijão seja maior peso medio dos grãos de feijão seja maior que os obtidos na F2.que os obtidos na F2.
Na F2 o peso médio foi de 266 mgNa F2 o peso médio foi de 266 mg Amplitude de variaçao: 160 a 390 mgAmplitude de variaçao: 160 a 390 mg Selecionamos o peso médio de 350 mg ou Selecionamos o peso médio de 350 mg ou ++
Qual sera o peso médio da nova população Qual sera o peso médio da nova população (Mm) descendentes dos individuos (Mm) descendentes dos individuos selecionados? selecionados?
Qual será o progresso genético (Qual será o progresso genético (g)?g)? E a população a ser submetida a seleção (Mo)E a população a ser submetida a seleção (Mo)
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Estimativa do ganho genético (Estimativa do ganho genético (g)g)
Mm = Mo + Mm = Mo + g g g = g = hhrr
22 . ds . ds ds = é o diferencial de seleção, ou ds = é o diferencial de seleção, ou
seja, a superioridade dos indivíduos seja, a superioridade dos indivíduos selecionados em relação a todos os selecionados em relação a todos os indivíduos da população.indivíduos da população.
Ms = Media dos indivíduos Ms = Media dos indivíduos selecionados selecionados
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Ms = Ms = (6x350) + (2x360) + (2x370) + (1x380) + (2x390)(6x350) + (2x360) + (2x370) + (1x380) + (2x390) = = 363,08 mg363,08 mg
1313
E o diferencial de seleçao é :E o diferencial de seleçao é :
Ds = Ms – Mo = 363,08 – 266,00 = 97,08 mgDs = Ms – Mo = 363,08 – 266,00 = 97,08 mg
Sendo assim, Sendo assim, g = 0,5444 x 97,08 = 52,85 mgg = 0,5444 x 97,08 = 52,85 mg
Mm = 266,00 + 52,85 = 318,mgMm = 266,00 + 52,85 = 318,mg
Res.: Esta será a média esperada da nova população, se forem Res.: Esta será a média esperada da nova população, se forem selecionados os indivíduos com peso médio dos grão selecionados os indivíduos com peso médio dos grão superiores a 350 mgsuperiores a 350 mg
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Estimativa de número de poligenesEstimativa de número de poligenes
Importante para estudo de herança dos Importante para estudo de herança dos caracteres quantitativoscaracteres quantitativos
Utiliza-se variâncias genéticas:Utiliza-se variâncias genéticas:
VGF2 = VGF2 = 11 (P1 – P2)(P1 – P2)22
8 n8 n
n = n = (P1 – P2)(P1 – P2)22
8VGF28VGF2
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Exemplo:Exemplo:
P1 = 445 mgP1 = 445 mg P2 = 179 mgP2 = 179 mg VGF2 = 1907,90VGF2 = 1907,90
n = n = (445 – 179)(445 – 179) = 4,63 = 5 genes = 4,63 = 5 genes
8x1907,908x1907,90