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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2001.tde-02072002-093356
Documento
Autor
Nome completo
Fábio de Oliveira Freitas
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2001
Orientador
Banca examinadora
Bandel, Gerhard (Presidente)
Paterniani, Ernesto
Perecin, Margarida Lopes R de Aguiar
Poirier, André Pierre Prous
Valls, Jose Francisco Montenegro
Título em português
Estudo genético-evolutivo de amostras modernas e arqueológicas de milho (Zea mays mays, L.) e feijão (Phaseolus vulgaris, L.).
Palavras-chave em português
agricultura pré-história
evolução vegetal
feijão fóssil
genética vegetal
milho fóssil
Resumo em português
Sete amostras arqueológicas de milho (Zea mays mays, Lineu), com idades estimadas por C14 que variam entre 620±60 anos e 990±60 anos antes do presente e uma amostra arqueológica de feijão (Phaseolus vulgaris, Lineu) com idade de 301 ± 39 anos, oriundas de cavernas localizadas no Vale do Peruaçu, município de Januária, no norte do estado de Minas Gerais, foram estudas através de técnicas de biologia molecular, com o intuito de compreender melhor a história evolutiva destas espécies nas regiões das Terras Baixas da América do Sul e sua relação com outras amostras destas espécies de diferentes regiões das Américas. Um segmento do gene nuclear Adh2 foi amplificado e sequenciado a partir de extratos das amostras de milho, enquanto, no caso das amostras de feijão, dois foram os alvos genéticos, que amplificaram e sequenciaram duas regiões distintas do gene nuclear Phs. O mesmo procedimento foi realizado com as amostras modernas destas duas espécies. No caso do milho, três padrões/ grupos principais de alelos do gene Adh2 foram encontrados, baseado principalmente em regiões de microsatélites. Os três padrões estão presentes na região de origem do milho, na América Central e também foram observados na América do Sul, mas nesta última região, eles não estão homogeneamente distribuídos. Um primeiro tipo, aparentemente o mais simples, primitivo, está presente praticamente apenas na região da Cordilheira dos Andes. Os outros dois tipos se fazem mais presente na região das terras baixas da América do Sul, sendo que um deles se encontra somente na parte leste do continente, ao longo das bacias hidrográficas dos rios São Francisco e Paraná-Paraguai. Este padrão terras altas/ terras baixas é um fenômeno antigo, como demonstram as amostras arqueológicas e sugere a ocorrência de duas levas principais e independentes de entrada, difusão de raças/ etnovariedade distintas de milho no passado, na América do Sul. Estas levas devem ter ocorrido por volta de 5.000 anos atrás para a primeira delas e por volta de 2.000 anos para a segunda. Uma terceira, mais recente, ainda é possível de ter ocorrido, seguindo mais ou menos o caminho da segunda, mas ficando mais confinada a região leste do Brasil. Estas levas só se explicam pela influência do homem, que foi o agente difusor desta planta, seja através de migrações, onde levou consigo amostras desta planta, seja por troca ou mesmo por conquistas. Os dados sugerem que existiu uma relativa integração humana na parte sul do continente, ligando culturalmente populações humanas desde o Chile até o Paraguai e Brasil, como é mostrado pelo compartilhamento de alelos de milho nestas áreas. Vemos ainda que os tipos de milho da região dos Andes Centrais – Peru, historicamente tiveram pouca influência na formação dos genótipos de milho presentes na região das terras baixas, sendo que as amostras de milho encontradas em Januária apresentam uma relação muito maior e direta com materiais da América Central, do que dos Andes, indicando que, culturalmente, principalmente em termos de alimentação, as populações de Januária receberam uma influência maior de populações humanas das terras mais ao norte e não da região dos Andes Centrais. Este padrão perdura até os dias de hoje, fato este que deve ser o resultado do modelo de colonização européia no Novo Mundo, onde, de modo geral, a região das terras baixas do continente foi colonizada pelos portugueses e as terras altas pelos espanhóis, mantendo este relativo isolamento entre os habitantes das duas regiões, indicando que, aparentemente, as barreiras culturais humanas foram muito mais fortes, importantes e decisivas na origem, seleção e difusão dos gêneros animais e vegetais que o homem utilizava em seu dia a dia, do que as própria barreiras geográficas. Já no caso do feijão, verificamos primeiramente que a amostra arqueológica se trata da espécie Phaseolus vulgaris e que o tipo básico genético da proteína Phaseolina presente na amostra de Januária é do tipo "a" e não do tipo "b". De modo geral a distribuição dos alelos encontrados nas diferentes amostras segue um padrão geográfico, onde todos os alelos oriundos de amostras da região desde o México até o norte da América do Sul (Colômbia/ Equador/ norte do Peru), ficaram em um mesmo grupo, a que chamamos de grupo Norte, enquanto, no outro grupo de alelos, só estavam presentes alelos oriundos de amostras do Sul do Peru e da Argentina, e que chamamos de grupo Sul. Aparentemente os alelos do grupo Norte são os mais antigos, indicando que a origem do feijão deve ter-se dado naquela região. Já as populações de feijão com alelos do grupo sul devem ter se originado a partir de populações do grupo Norte, posteriormente. Os dados sugerem que o feijão deve ter tido apenas um centro de origem e todos os diferentes tipos de feijão hoje existentes evoluíram a partir de uma mesma população ancestral. Isto vai de encontro com algumas teorias que dizem que o feijão pode ter tido mais de um centro de origem, independentes. A amostra de Januária apresentou 6 alelos distintos, sendo que destes, dois são exatamente iguais aos alelos do grupo do Norte, sendo os outros 4 alelos exclusivos. Destes 4 alelos exclusivos, dois são muito próximos à alelos do grupo do Norte e os outros são intermediários. A amostra não apresentou nenhum alelo exatamente igual ao encontrado em indivíduos do grupo Sul Isto sugere que, geneticamente, a amostra de Januária possui um maior grau de relação com alelos presentes em populações do grupo do Norte, mas também apresenta vestígios de um certo grau de contato com alelos mais relacionados a populações mais do centro sul andino. De modo geral, esta amostra de feijão de Januária confirma os dados levantados com as amostras de milho, onde sugerem que as populações de Januária possuíam uma relação ou influência de materiais cultivados muito maior com amostras vindas da região da América Central e norte da América do Sul e muito pouco com amostras da região dos Andes Centrais, como Peru. Observamos ainda que a diversidade genética interespecífica dentro do gene de feijão estudado é maior do que a observada dentro do gene estudado de milho. Por último, este trabalho demonstra que amostras arqueológicas vegetais oriundas de regiões tropicais podem conter material genético ainda preservado e apto para estudos evolutivos e, em paralelo, para vislumbrarmos a história do próprio homem nas Américas.
Título em inglês
Evolutionary-genetical studie of modern and archaeological samples of maize (Zea mays mays, L.) and beans (Phaseolus vulgaris, L.).
Palavras-chave em inglês
archaeological agriculture
archaeological bean
archeological maize
plant evolution
plant genetics
Resumo em inglês
Seven archaeological samples of maize (Zea mays mays, Lineu), 620±60 to 990±60 years old and one sample of bean (Phaseolus vulgaris, Lineu), 301 ± 39 years old (based on C14 datation), were studied by biomolecular techniques to understand their historical origin. They were found in indigenous subterranean silos, from archaeological sites at Januária (Peruaçu Valley), state of Minas Gerais, Brazil. A segment of the nuclear gene encoding alcohol dehydrogenase 2 (Adh2) was amplified and sequenced from extracts of the maize specimens. In the bean sample, two portions of the nuclear gene encoding the protein Phaseolin were used. In maize, 3 main alele groups were observed for the Adh 2 previously know in the maize origin center in the Central America. In the South America, these groups have also been founded but presenting a characteristic geographical distribution. One of the aleles, considered the most primitive, occurs in the Andean highlands. The other two are present mainly in lowlands, one of them restrict to São Francisco and Paraná-Paraguai rivers basin, along the Atlantic coast. These dates suggest that, historically, different maize varieties were introduced in South America, perhaps in two different periods and spread to distinct regions by migrating or trading human populations. The first introduction is estimated to have occurred about 5,000 years ago, and the second and possibly a third, about 3,000 years later. These introductions must be responsible for the high-/lowland distribution pattern, which maintains up to today. The European colonisation of the South America in the 15-16th century kept this pattern. Portugal conquered the lowlands and Spain the highlands and they maintained a cultural and trade barrier for long time. However in the Southern part of South America there must have been some exchange, since aleles from lowlands were found in archaeological sites in highlands of Chile, and conversely, highland aleles were present in one modern indigenous sample from Paraguay. It should be mentioned that archaeological and modern aleles found in Peru are remarkably different from those of Brazil. This would mean that Brazilian indigenous populations must have been more influenced by Central America culture, rather than from that of Andean highlands. In the case of Januária bean sample, identified as Phaseolus vulgaris, presents the basic genetic type of the Phaseolin of type a. The alleles from modern samples from Mexico to Argentina, indicate a geographical distribution pattern. The alleles originated from Mexico to the Northern region of South America (Colombia, Ecuador and North of Peru) fall in the same group, what we called Northern alleles group, while those from Southern Peru to Argentina fall in another group, that we called Southern alleles group. Apparently Northern group of alleles are older, pointing the corresponding region as the centre of the origin for Phaseolus vulgaris. Southern group of alleles must have been derived from those from the North. This confronts some theories suggesting that bean might have had more than one centre of origin, independently. The Januária sample had six different alleles, two identical to the Northern group. Of the remaining four, two are very close to the Northern group, while the other two may be considered intermediary. No allele similar to the Southern group was found. The conclusion is that the bean sample from Januária is genetically closer to the Northern populations but has vestiges of contacts with populations from Centre and Southern Andes. All put together, maize and beans populations from Januária seem to had a lager relation or influence of materials originating with those from Central Andes, as Peru. Also, a higher genetic diversity was observed within bean genes than maize. Finally, this research demonstrated that plant archaeological samples from the Tropics may contain well preserved genetic material suitable for evolutionary studies and provide data to understand the life history of the Humanity in the Americas.
 
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Data de Publicação
2002-07-11
 
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