6- FICHAMENTO DE GENÉTICA.

Delineamento de experimentos em genética genômica


Genética genômica e genômica quantitativa são termos utilizados para representar o estudo de processos genéticos controladores de caracteres fenotípicos de herança complexa, a partir da análise conjunta de informação relativa a fenótipos, estruturas de parentesco, marcadores moleculares e expressão gênica . Por exemplo, experimentos com microarrays (ou microarranjos de DNA) têm sido utilizados para a avaliação dos padrões de expressão gênica em indivíduos com informação genotípica de marcadores moleculares. Valores de expressão dos diferentes genes são então tratados como características fenotípicas múltiplas de maneira que procedimentos de mapeamento de locos controladores de caracteres fenotípicos quantitativos (ou QTL, do termo em inglês Quantitative Trait Loci) são utilizados para a detecção de polimorfismos associados com a variabilidade nos padrões de expressão, os quais são geralmente denominados por eQTL. O efeito de variações alélicas na expressão gênica na mesma região cromossômica é denominado efeito cis, enquanto que o efeito de polimorfismos na expressão de genes em outras regiões do genoma é denominado efeito trans. Este tipo de metodologia tem sido utilizado para a identificação de genes candidatos, para o estudo de redes regulatórias e, principalmente, para a identificação de regiões cromossômicas controladoras da expressão de múltiplos genes, denominadas como regiões hot spots. Estas regiões cromossômicas referem-se a fatores reguladores associados à transcrição de genes relacionados à determinadas funções as quais podem ser de interesse, por exemplo, para tratamento terapêutico genético. Além do mapeamento de eQTL e da detecção de regiões hot spots, experimentos de genética genômica têm sido utilizados também no estudo do efeito trans de variações alélicas de determinados locos, tais como genes candidatos ou transgenes, na expressão de outros genes do genoma, e na estimação da herdabilidade dos níveis de transcrição utilizando-se informação de indivíduos aparentados. O planejamento de estudos de genética genômica envolve uma série de aspéctos. Da mesma maneira que qualquer outro estudo de mapeamento de QTL, estudos de genética genômica requerem, por exemplo, a escolha das raças ou linhagens, bem como a estratégia de cruzamentos a ser utilizada, como retrocruzamento, F₂, etc. Além disso, estudos de expressão gênica envolvem também a escolha cuidadosa do(s)tecido(s) ou tipo(s) de célula(s), bem como o(s) estágio(s) de desenvolvimento a serem amostrados. Especificamente em relação aos experimentos com microarrays, tem-se ainda que decidir que tipo específico de tecnologia de microarray mais se adequa aos objetivos experimentais em questão, bem como quantas lâminas são necessárias para que desejada eficiência experimental seja alcançada. Além disso, tem-se que selecionar os indivíduos a serem amostrados e, no caso de experimentos com microarrays no sistema de hibridizações competitivas, tem-se que planejar como as amostras serão pareadas e marcadas em cada hibridização. A fenótipagem científica que ate a alguns anos atrás tinha o custo limitado, em estudos de genética genômica, entretanto, a fenotipagem é o fator limitante dados os custos ainda bastante altos dos experimentos com microarrays. Desta maneira, a avaliação dos padrões de expressão gênica de uma sub-amostra dos animais disponíveis no estudo passa a ser uma estratégia natural para a redução dos custos dos estudos de genética genômica.Uma estratégia de fenotipagem seletiva foi proposta por Jin et al. (2004), a qual utiliza informação de marcadores moleculares para a sub-amostragem de indivíduos com o objetivo de se maximizar a dissimilaridade genética na amostra selecionada, e consequentemente aumentar o poder de detecção de QTL. O procedimento proposto por estes autores compara o genótipo dos marcadores de todos os indivíduos disponíveis e genotipados, e utiliza um algoritmo de otimização para a seleção de uma sub-amostra de indivíduos a serem fenotipados, i.e., a serem amostrados para o experimento de expressão gênica com microarrays. Após a seleção dos indivíduos a serem utilizados nos experimentos com microarrays, outro importante passo no delineamento experimental se faz necessário, especialmente se for utilizada a tecnologia de hibridizações competitivas. O delineamento com pareamentos distantes, no entanto, é recomendado somente em situações nas quais o interesse central do experimento refere-se ao estudo de efeitos aditivos, ou em estudos com populações nas quais somente dois genótipos são possíveis para cada loco, como por exemplo, em retrocruzamentos, RIL ou populações haplodiplóides. Se outros efeitos forem também de interesse, outras alternativas de pareamento podem ser necessárias, por exemplo, se o interesse se restringe aos efeitos aditivos, o delineamento ótimo refere-se ao de pareamentos distantes. Se o interesse, no entanto, for principalmente em relação aos efeitos de dominância, o delineamento resultante vai tender a parear homozigotos com heterozigotos, como proposto por Piepho (2005). Entretanto, se interações epistáticas são também consideradas, a estrutura de delineamento torna-se mais complexa. Em tais situações, o pareamento das amostras deve considerar a combinação genotípica para os múltiplos locos. Desta maneira pode-se concluir que  alternativamente, a fenotipagem seletiva pode também envolver informação referente a valores fenotípicos para características correlacionadas, ou uma combinação de informação referente a fenótipo e marcadores moleculares, ou fenótipo e estruturas de família. As vantagens e desvantagens de cada método dependem dos objetivos do experimento em questão, e nas suposições dos modelos estatísticos a serem utilizados na análise dos dados. Vale ressaltar, entretanto, que geralmente o mecanismo de sub-amostragem utilizado deve ser considerado na análise dos dados observados.