Apostila De GenéTica BáSica
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Apostila De GenéTica BáSica

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Apostila De GenéTica BáSica Document Transcript

  • 1. Apostila de Genética Básica A CÉLULA É a unidade fundamental dos seres vivos. Todos os seres vivos são compostos desta unidade fundamental, desde as mais simples estruturas unicelulares, as bactérias e os protozoários, até os mais complexos, como o ser humano e as plantas. Dentro do mesmo indivíduo as células de diferentes tecidos são diferentes, não existindo célula típica. Algumas diferenças entre células animais e vegetais são ressaltadas no aplicativo GBOL. As estruturas subcelulares (organelas) são comuns a muitos tipos de células. Essas organelas desenvolvem funções distintas, que, no total, produzem as características de vida associada com a célula. As seguintes organelas estão presentes nos organismos superiores: No Citoplasma: 1. Ribossomos : Locais de síntese de cadeia polipeptídicas. 2. Retículo Endoplasmático : Área em que ocorrem as reações bioquímicas. O RE granular é responsável pelo transporte de material dentro da célula e participa da síntese de proteínas. O RE liso também tem por função permitir o transporte de substâncias, síntese de esteróides, inativação de certos hormônios, inativação de substâncias nocivas. 3. Complexo de Golgi: Acúmulo e eliminação de secreções e síntese de açúcares. 4. Lisossomos : Produção de enzimas digestivas intracelulares que ajudam na eliminação de bactérias e corpos estranhos. Se rompido, podem causar a destruição da célula. 5. Mitocôndrias : Respiração e produção de energia (ciclo de Krebs, cadeia de transporte de elétrons, dentre outros). 6. Centríolos - ausentes em vegetais superiores . Formação de cílios e flagelos. Formam os pólos para o processo de divisão celular. 7. Plastos - ausentes em animais. Estruturas para armazenamento de amido, pigmentos e outros produtos celulares. É no cloroplasto que ocorre a fotossíntese. 8. Vacúolos - ausentes em animais. Participação no controle osmótico da célula e armazenamento de substâncias, excesso de água, pigmentos solúveis e diversos produtos a serem eliminados. 9. Peroxissomos : Degradação de água oxigenada e do álcool. 10. Glioxissomos - ausentes em animais. Contém enzimas para conversão de lipídios em açúcares, utéis no metabolismo celular. No Núcleo: 1. Envoltório Nuclear : estrutura permeável, que permite a entrada e saída seletiva de produtos celulares. 2. Cromossomos : entidades portadoras da informação genética. 3. Nucléolo : síntese de RNA ribossômico. CROMOSSOMOS
  • 2. Conceito: Cromossomos (Kroma=cor, soma=corpo) são filamentos espiralados de cromatina, existente no suco nuclear de todas as células. Constituição A cromatina é constituída de nucleoproteínas (RNA e DNA em maior parte), além de proteínas globulares, fosfatídeos e elementos minerais tais como cálcio e magnésio. Ela pode se apresentar sob a forma de eucromatina ou de heterocromatina. A heterocromatina é a parte mais condensada e de maior coloração por corantes básicos em núcleos interfásicos, entretanto parece estar relacionada com menor atividade gênica. DNA O DNA, constituinte fundamental do cromossomo, é formado por bases nitrogenadas, entre elas as purinas, representadas pela adenina e guanina, e pelas piridimindas, representadas pela citosina e timina. No mRNA e timina é substituída pela uracila. A molécula de DNA é uma hélice dupla helicóidal, em que o filamento externo é constituído por fósforo e açúcar e a parte mais interna pelas ligação por pontes duplas de hidrogênio entre adenina e guanina e triplas entre citosina e timina. DNA-Histonas Outro aspecto importante é a associação entre DNA e histonas. As histonas formam um complexo juntamente com os grupos fosfatados do DNA carregados negativamente. As histonas são carregadas positivamente, sendo conhecidas por "proteínas básicas". As cargas positivas são fornecidas por uma alta proporção de aminoácidos lisina e arginina. Algumas histonas são denominadas "ricas em lisina" e outras "ricas em arginina". Em geral são encontradas somente nos organismos em que a diferenciação celular ocorre (eucariotas). São
  • 3. distinguidas, em função da proporção lisina/arginina, cinco diferentes tipos de histonas (H1, 2 H2A, 2 H2B e 2 H3). A complexação das histonas além de causar um aumento do diâmetro do DNA, de cerca de 20 a 30 angstron, muda também as propriedades físicas do DNA. A temperatura de fusão (temperatura na qual os fios de DNA mudam da forma de hélice dupla regular para a forma de fio simples, é bastante aumentada. Propriedades Se autoreproduzem durante as divisões nucleares conservando suas propriedades morfológicas e fisiológicas. São entidades permanentes no núcleo. Células em condições de inanição apresentam numero de cromossomos constante. Absorvem luz ultra-violeta ( 2600 Å) Nos diplóides, cada cromossomo tem seu homólogo. Estrutura Em sua estrutura, o cromossomo apresenta a unidade estrutural filamentosa de DNA que se apresenta em forma de espiral, sendo envolvido por uma substância protéica denominada matriz. Destacam-se as seguintes partes: Cromômeros- A cromatina não é um filamento uniforme, mas apresenta em toda sua extensão engrossamentos bastante irregulares com aspectos de granulações (Cromômeros). Seu tamanho e localização são constantes para cada cromossomo. Cromatídeos - É o resultado da divisão longitudinal do cromossomo durante a divisão celular. Centrômero- Constrição primária que divide o cromossomo em dois braços e influi no movimento durante a divisão celular. Comumente há um centrômero por cromossomo mas existem organismos dicêntricos ou policêntricos. Satélite - Porção terminal de material cromossômico separado do cromossomo por uma constrição secundária. Zona SAT - Região relacionada com a formação do nucléolo durante a telófase. O estudo da morfologia dos cromossomos por fixação e coloração básica é mais fácil durante a metáfase e anáfase da divisão celular, pois os filamentos apresentam-se mais compactos e condensados. Um esquema ilustrativos das partes de um cromossomo é verificado a seguir: Tamanho e Posição do Centrômero
  • 4. Os cromossomos se distinguem quanto ao tamanho, classificando-se como longos ( > 10 µM), médios (4-8 µM) e curtos (< 2 µM). Em certos organismos ou em partes de alguns organismos são encontrados cromossomos de tamanho consideravelmente maior que os demais. Esses cromossomos, denominados "gigantes". Um exemplo são os cromossomos politênicos, encontrados em células de glândulas salivares, esôfago, intestino e tubos de Malpighi de dípteros. São originados de uma série de divisões longitudinais dos cromossomos sem a separação dos cromatídeos (endomitose = multiplicação dos cromossomos, aumento do volume nuclear e celular sem divisão celular.) Também quanto a posição relativa dos centrômeros, podendo ser: Metacêntrico: Centrômero mediano. Os dois braços tem relação de comprimento 1:1 até 2,5:1. (Forma de V) Acrocêntrico: Centrômero próximo de um dos extremos do cromossomo. Relação de 3:1 a 10:1. Telocêntrico: Centrômero estritamente terminal. O cromossomo tem um único braço. Sub-metacêntrico.: Apresenta-se em forma de J. Cromossomos homólogos além de ter mesmo tamanho e manter a mesma posição relativa dos centrômero, apresentam mesma posição de constrições secundárias, presença de satélites e distribuição de cromômeros. Cromossomos Sexuais e Autossomais Outro fato importante é a distinção, em certas espécies, dos cromossomos autossomais e sexuais. Assim, por exemplo, os machos de algumas espécies, incluindo a espécie humana, o sexo está associado a um par de cromossomos morfologicamente diferente de seu homólogo (heteromórfico). Esses cromossomos são designados por X e Y. Os demais cromossomos são denominados de autossomais. Número de Cromossomos O numero de cromossomo é, em geral, constante para os indivíduos de uma mesma espécie. O número básico de cromossomos da espécie ou o conjunto completo de cromossomos diferentes é denominado por genoma. Assim, o genoma humano é representado por 23 cromossomos. Em organismos diplóides as células somáticas apresentam 2n cromossomos no qual n veio de seu genitor feminino e os n restantes do genitor masculino. Pelo processo meiótico, formam-se gametas com n cromossomos. Assim, o estado haplóide, ou gamético, quando a espécie de referência é diplóide, contém o genoma da espécie. Espécies poliplóides, como por exemplo o trigo hexaplóide (6x = 42), podem tem em seus gametas mais de um genoma, conforme ilustrado a seguir: Célula Esp. Humana Drosophila Trigo Somática 2x=46 2x=8 6x = 42 Gametas (n) n = 23 n=4 n = 21 Genoma (x) x =23 x=4 x=7
  • 5. O número de cromossomos não tem relação direta com a posição da espécie no esquema de classificação fílogenético. Por exemplo: Espécie Número de Cromossomos Humana 46 Milho 20 Ervilha 14 Drosophila 8 Dália 64 Tatu 64 Cavalo 64 DIVISÃO CELULAR Introdução: Em estudos de genética a preocupação básica é o entendimento de como as características são repassadas entre as gerações. De uma forma geral, podemos imaginar vários indivíduos de uma população que se intercruzam formando novos descendentes, que manifestarão fenótipos resultantes da ação e interação dos genes recebidos. O processo de origem de novos indivíduos se inicia pela formação de gametas dos genitores e subsequente união entre os mesmos. Da fecundação forma-se a célula ovo, ou zigoto, que reconstitui o número de cromossomo da espécie. Esta célula inicial se desenvolve gerando o indivíduo adulto, formados por mais de um trilhão de células, a partir da célula original, como no caso da espécie humana. Verifica-se, portanto, que os processos reducionais e conservativos são fundamentais na transmissão das características hereditárias.
  • 6. Mitose Conceito É o processo pelo qual é construído uma cópia exata de cada cromossomo, a informação genética é replicada e distribuída eqüitativamente aos 2 produtos finais. As características básicas da mitose são: a) Distribuição eqüitativa e conservativa do número de cromossomos. b) Distribuição eqüitativa e conservativa da informação genética. Descrição das Fases A - Intérfase Na intérfase o núcleo apresenta um contorno nítido pela presença da membrana nuclear. Os cromossomos estão invisíveis devido ao índice de refração ser igual a da cariolinfa (suco nuclear) e a problemas tinturiais. Os cromossomos começam a se diferenciar engrossando-se e tornando-se mais visível. O engrossamento se dá em parte pela espiralização e em parte pelo acúmulo de uma substância protéica denominada matriz (O cromossomo aumenta o diâmetro e diminui o tamanho). Ocorre a divisão longitudinal do cromossomo e replicação semi-conservativa da informação genética (DNA). B - Prófase Na prófase os cromossomos tornam-se mais espiralados, encurtando-se, aumentando o diâmetro e individualizando-se. Em preparações fixadas e coradas o cromossomo parece ser sólido e oval ou assemelha-se a um bastão. As cromátides já podem ser observadas no final da prófase. Elas mantêm-se unidas pelo centrômero, o qual se liga às fibras do fuso cromático. A membrana nuclear desaparece e os centríolos migram para os pólos. C - Metáfase Há formação da placa equatorial, ou seja os cromossomos se dispõe na posição mediana da célula, possibilitanto a distribuição equitativa da informação genética. Os cromossomos estão bem individualizados e fortemente condensados. Essa fase é adequada para se fazer contagem de cromossomos e verificação dealterações estruturais grosseiras. As linhas do fuso surgem em forma de linhas centrais (ou contínuas) ou de linhas cromossomais. D- Anáfase Ocorre a separação das cromátides que se dá inicialmente pelo centrômero e posteriormente ao longo de todo cromossomo. Cada unidade tem seu próprio centrômero. Esta é a fase mais adequada para visualizar a posição do centrômero . E - Telófase A membrana nuclear é reconstituída em torno de cada núcleo-filho e os nucléolos reaparecem. A citocinese ocorre.
  • 7. Meiose Conceito A meiose é o processo que se verifica tanto nos órgãos sexuais masculinos quanto femininos. Através da meiose os gametas ficam com o número de cromossomos reduzidos à metade, ao estado denominado haplóide. Quando o gameta de origem materna se une ao gameta de origem paterna o número de cromossomos característico da espécie é restabelecido. A meiose é um processo divisional, que, a partir de uma célula inicial com 2n cromossomos, leva à formação de células filhas com metade desse número. Também é definida como o processo que envolve duas divisões sucessivas do núcleo, acompanhada de uma só redução no número de cromossomos. A divisão meiótica compreende 2 fases: a reducional (meiose I) e a equacional (meiose II). Descrição das Fases A - Intérfase Na intérfase o núcleo apresenta-se bem individualizado pela presença da membrana nuclear. Os cromossomos começam a se diferenciar, engrossando-se e tornando-se mais visível. Ocorre a divisão longitudinal do cromossomo e replicação da informação genética, no modelo semi-consevativo. B - Prófase I A prófase I é estudada através de seus vários estágios dados a seguir. B.1 - Leptóteno (filamentos finos) É a fase inicial da prófase da primeira divisão meiótica. Os cromossomos aparecem unifilamentares (apesar da replicação já ter ocorrido) e as cromátides são invisíveis. A invisibilidade das cromátides permanece até a sub-fase de paquíteno. B.2. Zigóteno Durante o estágio de zigóteno cada cromossomo parece atrair o outro para um contato íntimo, à semelhança de um ziper. Este pareamento, denominado sinapse, é altamente específico e ocorre entre todas as seções homólogas dos cromossomos, mesmo se essas seções estão presentes em outros cromossomos não homólogos. Sabemos que para cada cromossomo contribuído por um pai, existe um que lhe e homólogo, contribuído pelo outro progenitor. São esses os cromossomos que se pareiam.
  • 8. B.3. Paquíteno O paquíteno é um estágio de progressivo encurtamento e enrolamento dos cromossomos que ocorre após o pareamento no zigóteno ter sido completado. No paquíteno as duas cromátides irmãs de um cromossomo homólogo estão associados às duas cromátides irmãs de seus homólogos. Esse grupo de 4 cromátides é conhecido como bivalente ou tétrades e uma série de troca de material genético ocorre entre cromátides não irmãs de homólogos (Crossing-over) O paquíteno é também o estágio em que uma estrutura chamada de complexo sinaptonêmico pode ser observada entre os cromossomos através de microscópios eletrônicos. Ele aparece como faixas de 3 componentes longitudinais organizados em 2 camadas laterais de elementos densos e a central constituída basicamente de proteínas. O complexo permite que os cromossomos estejam em um contato mais íntimo e mais preciso. B.4. Diplóteno No estágio de diplóteno cada cromossomo age como se repelisse o pareamento íntimo estabelecido entre os homólogos, especialmente próximo ao centrômero. Talvez isso ocorra devido ao desaparecimento da força de atração existente no paquíteno ou devido a uma nova força de repulsão que se manifesta. A separação é impedida em algumas regiões, em lugares onde os filamentos se cruzam. Essas regiões ou pontos de intercâmbios genéticos, são conhecidas por quiasmas. Uma tétrade pode apresentar vários quiasmas dando figuras em configuração de V, X, O ou de correntes. Em muitos organismos suas posições e número parecem ser constantes para um particular cromossomo. B.5. Diacinese Na diacinese a espiralização e contração dos cromossomos continua até eles se apresentarem como corpúsculos grossos e compactos. Durante a fase final desse estágio ou início da metáfase I, a membrana nuclear dissolve e os bivalentes acoplam-se, através de seus centrômeros, às fibras do fuso cromático. O nucleolo desaparece. O número de quiasma é reduzido devido a terminalização. A terminalização é um processo pelo qual, dado o encurtamento dos filamentos e a força de repulsão existente entre homólogos, os quiasmas vão sendo empurrados para alguns se escaparem por completo. C - Metáfase I Nessa fase os bivalentes orientam-se aleatoriamente sobre a placa equatorial. Em geral os cromosssomos estão mais compactos que aqueles da fase correspondente da mitose e permitem uma contagem das unidades que estão presentes na parte mediana da célula. D - Anáfase I Nessa fase inicia a movimentação das díades para pólos opostos, mas não há rompimento dos centrômeros. Nesse caso há movimento de cromossomos inteiros para
  • 9. pólos opostos e, consequentemente, essa fase reduz o número de cromossomos a metade. Essa fase é adequada ao estudo da posição dos centrômeros, pois as cromátides se abrem permanecendo unidas apenas pelos centrômeros e assim apresentando especiais. Nessa fase ainda ocorre algumas quebras de quiasmas que ainda restaram. E - Telófase I Como na mitose os dois grupos formados ou aglomerados nos pólos passam por uma série de transformações: A identidade das díades começa a desaparecer, os filamentos tornam-se a desespiralizar (perda de visibilidade). Os núcleos não chegam ao repouso total, pois logo após começa a se preparar para a segunda divisão meiótica. Variando de acordo com o organismo, uma divisão do citoplasma pode ou não se verificar imediatamente após a separação dos dois núcleos. F - Intercinese Fase que vai desde o final da primeira divisão até o início da segunda divisão. Essa fase difere da intérfase por não ocorrer a replicação da informação genética, tal como ocorre na intérfase. G - Prófase II Essa fase é muito mais simples que a prófase I, pois os cromossomos não passam por profundas modificações na intercinese. Ocorre os seguintes fenômenos: desaparecimento da membrana nuclear; formação do fuso cromático e movimentação das díades para a placa equatorial. H - Metáfase II Os cromossomos, agora em número reduzido à metade, alinham-se na placa equatorial da célula. I- Anáfase II Os centrômeros se dividem permitindo a separação das cromátides irmãs migrarem para pólos opostos. Essas cromátides poderão carregar informação genética diferente caso tenha ocorrido permuta durante a prófase I (paquíteno). J - Telófase II - Os cromossomos atingindo os pólos se aglomeram e as novas células são reconstituídas. Após a citocinese forma-se um grupo de 4 células haplóides denominadas de tétrades. Cada célula dessa meiose irá conter um grupo de cromossomos não homólogos.
  • 10. FORMAÇÃO DE GAMETAS ESPOROGENESE E GAMETOGENESE VEGETAL Introdução: O processo de produção de esporos e gametas nas plantas é bastante variável. Neste aplicativo é apresentado apenas o processo relacionado com as plantas possuidoras de flores, denominadas de angiospermas. Estes processos ocorrem nos aparelhores reprodutores feminino e masculino, denominados gineceu e androceu, respectivamente. O gineceu apresenta o estigma, o estilete e o ovário e o androceu apresenta a antera, o conectivo e filete. Microsporogenese e gametogenese masculina É o processo de formação de esporos, grãos de pólen, em órgãos sexuais masculinos de um planta. Esse processo ocorre a partir de células da parede interna da antera que contém as células-mãe do grão de pólen. Envolve as seguintes etapas: Microsporogenese MULTIPLICAÇÃO A célula inicial do tecido germinativo passa por sucessivas mitoses dando origem a uma população de microsporogônios. CRESCIMENTO Os microporogônios aumentam seus volumes de citoplama e núcleo dando origem ao microsporócito 1º que e uma célula capacitada a sofrer meiose. MEIOSE Na primeira etapa (Meiose I ou etapa reducional) cada microsporócito 1º dá origem a dois microsporócito 2º e na segunda etapa (Meiose II ou etapa equacional) cada microsporócito 2º dá origem a um micrósporo. DIFERENCIAÇÃO O micrósporo se diferencia em um grão de pólen, que apresenta duas camadas
  • 11. protetoras (exina e intina) com vários póros e o núcleo haplóide. Gametogenese Terminada a diferenciação, o núcleo do grão de pólen sofre primeira cariocinese, dando origem a dois núcleos. Um é denominado reprodutivo e o outro vegetativo. Posteriormente o núcleo reprodutivo passa pela segunda cariocinese, dando origem aos núcleos gaméticos masculino. Assim, cada grão de pólen adulto contém três núcleos haplóides com informação genética idêntica. Dois destes núcleos participarão na formação da próxima descendência (um contribuirá para a formação do embrião e o outro para um tecido de reserva denominado endosperma). Megasporogenese e gametogenese feminina É o processo de produção de esporos no aparelho reprodutor feminino da planta, resultando o saco embrionário. Este processo visa também garantir que o esporo e o gameta feminino contenha quantidade de nutriente satisfatória para o desenvolvimento inicial do embrião. Envolve as seguintes etapas Megasporogenese (ou macrosporogênese) MULTIPLICAÇÃO A célula inicial do epitélio germinativo (nucela) sofre várias mitoses dando origem a uma população de megasporogônias (ou macrosporogônias). CRESCIMENTO A megasporogônia aumenta seu volume nuclear e citoplamático dando origem a um megasporócito 1º. MEIOSE A primeira etapa, ou meiose I, é irregular pela ocorrência de uma citocinese diferencial que dá origem a uma célula abortiva e ao megasporócito 2º. Essa meiose irregular garantirá um esporo com maior quantidade de nutrientes. Na segunda etapa, ou meiose II, o megasporócito 2º dá origem a uma megáspora e outra célula abortiva. Células abortivas podem se dividir dando origem a duas outras células abortivas. DIFERENCIAÇÃO Forma-se o saco embrionário. Gametogenese O núcleo do saco embrionário passa por três cariocineses dando origem ao saco embrionário imaturo, que contém oito núcleos entre os quais encontram-se duas sinérgides, a oosfera (gameta feminino), dois núcleos polares e três antípodas. Todos os núcleos são haplóides e contém a mesma informação genética. Posteriormente as sinérgides e antípodas são reabsorvidas e os núcleos polares se fundem dando origem a um núcleo 2x .
  • 12. Dupla-fertilização Na dupla-fertilização é formado o embrião e o endosperma. O embrião é resultante da união entre a oosfera (gameta feminino) e um núcleo gamético levado pelo grão de pólen. O endosperma, tecido de reserva de muitos vegetais, é formado pela união dos dois núcleos polares, do saco embrionário, com outro núcleo gamético do grão de pólen. Tem-se portanto, o embrião diplóide (2x) e o endosperma triplóide (3x). FORMAÇÃO DE GAMETAS GENES INDEPENDENTES Genes independentes são aqueles localizados em cromossomos diferentes. O número de gametas formados por um indivíduo cujo genótipo apresenta-se em heterozigose para n locos é dado por 2^n. Como ilustração será considerado o indivíduo de genótipo : AabbCcddee Este indivíduo produz 4 gametas diferentes, pois apresenta em seu genótipo dois locos em heterozigose (Loco A/a e C/c). Assim, tem-se 2² = 4 gametas. Estes gametas são: Tipos de gametas Freqüência Freqüência AbCde P(A) P(b) P(C) P(d) P(e) (1/2)(1)(1/2)(1)(1) = 1/4 Abcde P(A) P(b) P(c) P(d) P(e) (1/2)(1)(1/2)(1)(1) = 1/4 abCde P(a) P(b) P(C) P(d) P(e) (1/2)(1)(1/2)(1)(1) = 1/4 abcde P(a) P(b) P(c) P(d) P(e) (1/2)(1)(1/2)(1)(1) = 1/4 GENES LIGADOS DOIS GENES LIGADOS Para se ter um entendimento sobre ligação fatorial é necessário que inicialmente seja apresentado o conceito e tipos de fases de ligação. Existem dois tipos de fases de ligação, as quais serão descritas a seguir: Fase de aproximação ou acoplamento
  • 13. É a condição na qual os dois alelos dominantes (ou recessivos) tem maior probabilidade de penetrar simultaneamente em um gameta. Ou é a fase em que estão em um mesmo cromossomo os alelos dominantes (ou recessivos) dos dois genes. A B// a b . São observadas as seguintes características: - Probabilidade de gametas carregarem alelos :P(A) = P(a) = P(B) = P(b) = ½ - Gametas produzidos: A B e ab, com freqüência, e Ab e aB, com freqüência R. Em que e P e R referem-se, respectivamente, aos tipos paternais e recombinantes. Pode-se verificar que P é maior ou igual a R. Tipos de gametas Gametas Freqüência Paternal AB P = (1 - d)/2 Paternal ab P = (1 - d)/2 Recombinante Ab R = d/2 Recombinante aB R = d/2 Fase de repulsão É a condição na qual o alelo dominante de um gene e o alelo recessivo de outro gene tem maior probabilidade de penetrar simultaneamente em um gameta. Ou, é a fase em que estão num mesmo cromossomo o alelo dominante de um gene e o alelo recessivo do outro gene. A b// a B . São observadas as seguintes propriedades: - Probabilidade de gametas carregarem alelos :P(A) = P(a) = P(B) = P(b) = ½ Gametas produzidos: A b e a B, com freqüência P, e A B e a b, com freqüência R. Tipos de gametas Gametas Freqüência Paternal Ab P= (1 - d)/2 Paternal aB P= (1 - d)/2 Recombinante ab R = d/2 Recombinante AB R = d/2
  • 14. TRÊS GENES LIGADOS Considerando o triplo-heterozigoto pode-se verificar que é possível serem produzidos até oito tipos de gametas diferentes. Será considerado, como ilustração, o indivíduo de genótipo: Indivíduo: A B C // a b c As freqüências dos gametas podem ser estabelecidas considerando os oito tipos de gametas: 2 paternais, 2 de permuta simples na região 1 (entre o primeiro e segundo genes), 2 de permuta simples na região 2 (entre o segundo e terceiro gene) e 2 de permuta dupla. As freqüências destes gametas são P, R1, R2 e Rd, respectivamente. Neste caso admite-se serem conhecidas as disâncias (d1 e d2) e a interferência entre as regiões cromossômicas (I), como exemplificado a seguir: A/a, B/b e C/c. d(A/a - B/b)=d1 d(B/b - C/c)=d2 Ordem: A/a - B/b - C/C Coincidência = co Assim, inicia-se por estimar Rd, considerando um total de 100 gametas, e as expressões: Crossing-over duplo esperado na hipótese de interferência nula CODE = (d1 x d2)/100 Crossing-over duplo a ser observado Refere-se à freqüência de permuta dupla que se espera observar na descendência, admitindo a ocorrência de permuta. CODO =(1-I)CODE = coCODE em que: I : interferência cromossômica co : coincidência = 1 - I Valor da freqüência do duplo-recombinante (Rd) Neste caso, utiliza-se a expressão: Rd = CODO/2 Valor da freqüência do recombinante simples R1 Para o cálculo de R1, tem-se: R1 =(d1 - CODO)/2
  • 15. Valor da freqüência do recombinante simples R2 Para o cálculo de R2, tem-se: R2 =(d2 - CODO)/2 Valor da freqüência do gameta paternal (P) É obtido por diferença: P = [100 - 2(R1 + R2 + Rd)]/2 Gametas de um triplo-heterozigoto - EX : AbC//aBc Gametas Tipo Freqüência AbC P P = [100 - 2(R1 + R2 + Rd)]/2 aBc P P = [100 - 2(R1 + R2 + Rd)]/2 ABc R1 (d1 - CODO)/2 abC R1 (d1 - CODO)/2 Abc R2 (d2 - CODO)/2 aBC R2 (d2 - CODO)/2 ABC Rd CODO/2 abc Rd CODO/2 GENES LIGADOS E INDEPENDENTES Neste caso aplicam-se, simultaneamente, os pricípios de obtenção e estabelecimento de freqüências de genes independentes e ligados. Será considerado o triplo-heterozigoto para os genes A/a, B/b e C/c. Porém, será adimitido que os genes A/a e B/b estão ligados (pertencem ao mesmo cromossomo) e o C/c é independente (localiza-se em outro crromossomo). Também é possível serem produzidos até oito tipos de gametas diferentes. Será considerado, como ilustração, o indivíduo de genótipo: Indivíduo: (AB//aB) Cc As freqüências dos gametas podem ser estabelecidas considerando os quatro tipos de gametas para os locos A/a e B/b ligados: 2 paternais e 2 recombinantes. Estas freqüências são combinadas, usando a lei probabilística para eventos independentes, com as freqüências dos gametas relativos ao loco C/c.
  • 16. Neste caso será admitido que a distância entre os genes A/a e B/b é d, de tal forma que se tenha: Gametas Tipo Freqüência (AB)C P(AB) P(C) (P)(1/2)=((1-d)/2))(1/2) (AB)c P(AB) P(c) (P)(1/2)=((1-d)/2))(1/2) (ab)C P(ab) P(C) (P)(1/2)=((1-d)/2))(1/2) (ab)c P(ab) P(c) (P)(1/2)=((1-d)/2))(1/2) (Ab)C P(Ab) P(C) (R)(1/2)=(d/2)(1/2) (Ab)c P(Ab) P(c) (R)(1/2)=(d/2)(1/2) (aB)C P(aB) P(C) (R)(1/2)=(d/2)(1/2) (aB)c P(aB) P(c) (R)(1/2)=(d/2)(1/2) GENES AUTOSSOMAIS E SEXUAIS Genes sexuais são aqueles localizados nos cromossomos sexuais, e autossomais aqueles localizados nos demais cromossomos. Os cromossomos sexuais, como na espécie humana e mamíferos, apresentam regiões de homologias diferenciadas. Assim, distinguem-se os seguintes genes: Genes ligados ao sexo Refere-se à herança de genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X (mamíferos, Drosophila, etc.) ou no cromossomo análogo Z. Os genótipos apresentados pela fêmea serão XA XA, XA Xa e Xa Xa. Os apresentados pelos machos serão XA Y e Xa Y. Genes parcialmente ligados ao sexo São aqueles genes localizados na região homóloga dos cromossomos X e Y. Este genes podem permutar-se durante o paquíteno já que se encontram nas regiões dos cromossomos sexuais que se pareiam.Os genótipos apresentados pela fêmea serão XA XA, XA Xa e Xa Xa. Os apresentados pelos machos serão XA YA , XA Ya, Xa YA e Xa Ya. Genes holândricos
  • 17. São genes localizados no cromossomo Y, no segmento sem homologia. O cromossomo Y é o principal determinante da masculinidade na espécie humana e outros mamíferos. Nele deve estar contido os genes de efeito masculinizante. Afora esta possível ação masculinizante, pouco se conhece sobre os genes do Y, com algumas exceções no homem. Os genótipos apresentados pelo macho serão X YA ou X Ya. Como o cromossomo Y é restrito aos machos, apenas este sexo apresentam tais características, sendo repassado de pais para filhos. As freqüências dos gametas são obtidas de forma similar a decrita para genes ligados e independentes. HERANÇA MONOFATORIAL MENDEL Gregor Mendel (1822-1884) é chamado, com mérito, o pai da genética. Realizou trabalhos com ervilha (Pisum sativum 2x=14 ) no mosteiro de Brunn, na Áustria. Sua primeira monografia foi publicada em 1866 mas, devido ao caráter quantitativo e estatístico de seu trabalho, e das influências do trabalho de Darwin (1859) sobre a origem das espécies, pouca atenção foi dada àqueles relatos. Em 1900 o trabalho de Mendel foi redescoberto por outros pesquisadores. Cada um deles obtiveram, a partir de estudos independentes, evidências a favor dos princípios de Mendel, citando-o em suas publicações. Em 1905, o inglês William Bateson, batizou essa ciência que começava a nascer de Genética. O TRABALHO DE MENDEL Mendel não foi o único a realizar experimentos de hibridação, mas foi o que obteve maior sucesso, devido a metodologia e ao material escolhido.
  • 18. Material escolhido Trata-se de material com muita variabilidade, há genitores contrastantes para vários caracteres; há possibilidade de se obter progênie abundante; a espécie é de fácil cultivo e ocupa pouco espaço; o ciclo é relativamente curto e a planta autógama, atingindo a homozigose e pureza por processo natural de propagação. Metodologia Mendel destacou-se por ter adotado procedimentos metodológicos científicos e criteriosos. Destacam-se os fatos de ter analisado um caráter por vez; trabalhado com pais puros; e ter quantificado os dados. Mendel estudou 7 características, cada uma com duas manifestações fenotípicas. Elas são relacionadas na tabela que segue. Característica Dominância Recessividade Tipo de inflorescência axilar terminal Forma da casca da semente lisa rugosa Cor dos cotilédones amarelos verdes Cor da casca da semente cinza branco Forma da vagem normal sulcada Cor da vagem verde amarela Altura da planta alta anã PRIMEIRA LEI DE MENDEL INTRODUÇÃO Mendel realizou seus trabalhos envolvendo genitores de ervilhas contrastantes em relação a cada um dos sete caracteres estudados. Característica Dominância Recessividade Tipo de inflorescência axilar terminal Forma da casca da semente lisa rugosa Cor dos cotilédones amarelos verdes Cor da casca da semente cinza branco
  • 19. Forma da vagem normal sulcada Cor da vagem verde amarela Altura da planta alta anã EXPERIMENTO ENVOLVENDO PLANTAS ALTAS E ANÃS Considerando o caráter altura de plantas pode-se detalhar seus resultados da seguinte maneira: a) Cruzamento inicial : Envolveu genitores contrastantes altos e anões. b) Geração F1. Na primeira geração (F1), verificou-se que toda descendência era alta. O fenótipo anão havia desaparecido c) Geração F2 : Quando se autofencundou o F1, verificou-se uma descendência constituída de 787 plantas altas e 277 plantas anãs. Ou seja, das 1064 plantas 1/4 era anã e 3/4 era alta. d) Teste da F2 anã. Autofecundando-se as plantas anãs observou-se que a progênie sempre era anã e, consequentemente essas plantas anãs F2 eram puras e) Teste da F2 alta. As plantas altas quando autofecundadas davam descendência só alta ou alta e anãs, na proporção de 3:1. Do total das plantas altas da geração F2 apenas 1/3 eram puras, ou seja, quando autofecundadas davam só plantas altas. Os 2/3 restantes eram impuros (ou segregavam), ou seja, quando autofecundadas, davam plantas altas e anãs, na proporção de 3 alta : 1 anã CONCLUSÕES Cruzando-se pais puros contrastantes e autofecundando-se a geração F1, observa-se:  Relação de Aparência = 3/4 altas : 1/4 anãs  Relação de Pureza = 1/4 alta pura: 2/4 alta impura: 1/4 anã pura.
  • 20. HIPÓTESE Através dos resultados observados, Mendel formulou a hipótese de que o caráter estaria sendo controlado por 2 determinantes de modo que o indivíduo teria os 2, mas os gametas apenas 1. Por esta hipótese, os resultados poderiam ser explicados satisfatoriamente. Relação de Pureza (ou Genotípica )= ¼ Alta pura (atribuído a AA) : 2/4 Alta não-pura (atribuído a Aa) : ¼ Anã pura (atribuído a aa) Relação de Aparência (ou Fenotípica ) = ¾ Alta (atribuído a A_ ou AA + Aa) : ¼ Anã (atribuído a aa) 1a. LEI O mesmo modelo, pressupondo que cada indivíduo teria dois fatores para o controle da característica, mas passando apenas um para próxima geração foi aplicado para explicar os resultados dos demais experimentos. Em todas as situações avaliadas a hipótese mostrava-se adequada para elucidar o fenômeno biológico estudado. Este fato levou Mendel a enunciar sua primeira lei. Por esta lei é estabelecido que os fatores genéticos (alelos) ocorrem aos pares nos indivíduos, mas apenas um é passado ao descendente por intermédio dos gametas. CRUZAMENTOS AUTOFECUNDAÇÕES Ocorre quando o cruzamento envolve gametas masculinos e femininos produzidos pelo próprio indivíduo. Ocorre geralmente em vegetais, que contam com o aparelho reprodutor masculino e feminino na mesma planta (plantas monóicas) ou na mesma flor (plantas hermafroditas) Será considerado, como ilustração, a descendência obtida por autofecundação numa
  • 21. população P1, constituída de 20 indivíduos AA, 30 Aa e 50 aa. Neste caso tem-se o seguinte esquema de cruzamentos. Genótipos Probabilidade AA Aa aa AA 0,20 0,20 - - Aa 0,30 0,075 0,15 0,075 aa 0,50 - - 0,50 Total 1,00 0,275 0,15 0,575 Esta população descendente é facilmente predita sabendo-se que a cada geração de autofecundação a freqüência de heterozigotos reduz-se à metade. Assim, a freqüência que originalmente é 0,30 passa para 0,15. Os 0,15 restante é distribuido equitativamente entre os homozigotos. Logo a freqüência de AA torna-se 0,20 + ½(0,15) = 0,275 e a de aa, torna-se 0,50 + ½(0,15) = 0,575. Assim, a população autofecundada terá a seguinte constituição: Genótipos Freqüência AA 0,275 Aa 0,150 aa 0,575 Acasalamento ao Acaso Ocorre quando os cruzamentos não são estabelecidos de forma preferencial. Será considerado, como ilustração, a descendência obtida por acasalamento ao acaso entre indivíduos de uma população população P1, constituída de 50 indivíduos AA, e 50 Aa. Assim a freqüência de homozigotos dominantes (D) é de 0,5, a de heterozigotos (H) é de 0,5 e a de recessivos (R) é 0,0. Neste caso tem-se o seguinte esquema de cruzamentos: Cruzamentos Probabilidade AA Aa aa AAxAA 0,50x0,50 0,25 - - AAxAa(*) 2x0,50x0,50 0,25 0,25 - AaxAa 0,50x0,50 0,0625 0,125 0,0625 Total 1,00 0,5625 0,375 0,0625
  • 22. (*) Inclui também o cruzamento Aa x AA O usuário, com conhecimento adicional em genética de populações, poderá estimar com facilidade as freqüências gênicas ou alélicas da população, pelas expressões: f(A) =p= D + (1/2)H e f(a) = q = R + (1/2)H Assim, para população P2, tem-se: f(A) = p =0,75 f(a) = q = 0,25 Utilizando-se o princípio de equilíbrio de Hardy-Weinberg, aplicado a populações derivadas de acasalamento ao acaso, também obtém-se: Genótipos Esperado Freqüência AA p² 0,5625 Aa 2pq 0,3750 aa q² 0,0625 Cruzamentos Direcionados Ocorre quando os cruzamentos são estabelecidos de forma preferencial. Como exemplo será considerado o cruzamento entre os indivíduos de 2 populações P1 e P2, dadas a seguir: Genótipos P1 P2 AA 20 50 Aa 30 50 aa 50 0 Considera-se, inicialmente, a freqüência genotípica em cada população, dadas a seguir: Freqüência P1 P2 D=f(AA) 0,20 0,50 H=f(Aa) 0,30 0,50 R=f(aa) 0,50 0,0
  • 23. Assim, são estabelecidos os seguintes cruzamentos: P1 x P2 Probabilidade AA Aa aa AAxAA 0,20x0,50 0,10 - - AAxAa 0,20x0,50 0,05 0,05 - AaxAA 0,30x0,50 0,075 0,075 - AaxAa 0,30x0,50 0,0375 0,075 0,0375 aaxAA 0,50x0,50 - 0,25 - aaxAa 0,50x0,50 - 0,125 0,0125 Total 1,00 0,2625 0,575 0,1625 Conclui-se que, para o cruzamento considerado, a população híbrida terá a seguinte constituição: Genótipos Freqüência AA 0,2625 Aa 0,5750 aa 0,1625 CRUZAMENTO TESTE CONCEITO O cruzamento teste é entendido como sendo o cruzamento entre um indivíduo (I) qualquer com outro em homozigose recessiva, para os genes envolvidos no controle do caráter em estudo. Tem sido de grande importância em estudos de ligação fatorial ou em estudos de identificação de genótipos. IMPORTÂNCIA
  • 24. Em estudos de ligação fatorial a distância entre genes é medida pela freqüência de gametas recombinantes. Assim, para se estimar a freqüência de cada gameta produzido por um duplo heterozigoto, com genes ligados, realiza-se o cruzamento teste. O testador, sendo recessivo, permite a manifestação de genes vindos do duplo- heterozigoto e a freqüência dos indivíduos formados refletem a freqüência de seus gametas. Em estudos de identificação de genótipos, o cruzamento teste também tem sua importância. Consideraremos uma certa doença em uma espécie, sendo a resistência, determinada por A- (AA ou Aa) e a susceptibilidade, determinada por aa. Tendo-se um indivíduo com fenótipo dominante (resistente) surge a dúvida de que se trata de um homozigoto ou de um portador da forma alélica indesejável. A identificação do verdadeiro genótipo torna-se possível analisando a descendência do cruzamento teste, pois existem duas possibilidades: a) Se surgirem só descendentes resistentes, conclui-se que o indivíduo é AA; b) Se surgirem descendentes resistentes e susceptiveis, conclui-se que o indivíduo é Aa. TAMANHO DE AMOSTRA O problema que surge na análise da descendência para identificação de genótipos diz respeito ao número de indivíduos, para que a inferência a respeito do genótipo do genitor seja feita com grau satisfatório de certeza. Assim, se na descendência do cruzamento teste surgirem resistentes e susceptíveis teremos certeza absoluta de que o genitor é Aa, mas se surgirem n descendentes resistentes, e n for um número relativamente pequeno, concluiremos que o genitor tem genótipo AA, mas com certeza 1 - w, sendo w o erro que se comete por desprezar o fato do indivíduo poder ser Aa e, no cruzamento ( no caso, cruzamento teste) proporcionar apenas resistentes. Podemos considerar duas situações de identificação de genótipos: Um indivíduo resistente que ao ser submetido ao cruzamento teste proporcionou n descendentes resistentes Neste caso conclui-se que o genótipo do indivíduo é AA, com certeza de 1 - w, sendo w o erro que se comete por desprezar o fato do indivíduo poder ser Aa e, no cruzamento teste proporcionar apenas resistentes. Logo, o erro w é estimado por meio de: w = (1/2)^n e c = certeza = 1 - w Assim, o número de descendentes a serem avaliados para se concluir sobre o genótipo
  • 25. do genitor com c % de certeza é: n = LOG(1-c)/LOG(1/2) Se for especificado certeza de 99%, teremos: n = LOG(1-0,99)/LOG(1/2) = 6,64 Ou seja, serão necessário 7 descendentes para que a inferência sobre o genitor seja feita com 99% de certeza. Um indivíduo resistente que ao ser autofecundado proporcionou n descendentes resistentes Neste caso conclui-se que o genótipo do indivíduo é AA, com certeza de 1 - w, sendo a o erro que se comete por desprezar o fato do indivíduo poder ser Aa e, na autofecundação proporcionar apenas resistentes. Logo, o erro a é estimado por meio de: w = (3/4)^n e c = certeza = 1 - w Se for especificado um certo grau de certeza, pode-se estimar o tamanho da amostra por meior de: n = LOG(1-c)/LOG(3/4) Assim, se for especificado certeza de 99%, teremos: n = LOG(1-0,99)/LOG(3/4) =16 Ou seja, serão necessário 16 descendentes para que a inferência sobre o genitor seja feita com 99% de certeza. AUTOFECUNDAÇÕES CONCEITO
  • 26. A autofecundação é um processo de propagação sexuado, que se verifica naturalmente em muitas espécies vegetais, que contam com os aparelhos reprodutores masculino e feminino na mesma planta. Também é utilizado em programas de melhoramento, com vistas a obtenção de linhagens homozigóticas, para obtenção de híbridos heteróticos, a partir de seus intercruzamentos. EFEITO DA AUTOFECUNDAÇÃO Se uma população de heterozigotos (100% Aa) é autofecundada, a descendência (F1) será formada de 50% de heterozigotos e 50% de homozigotos (AA + aa). Assim, em apenas uma geração de autofecundação a freqüência de heterozigoto reduz-se à metade. Este fato se verifica nas gerações seguintes, ou seja, se a F1 for novamente autofecundada, teremos: F1 Probabilidade AA Aa aa AA 0,25 0,25 - - Aa 0,50 0,125 0,25 0,125 aa 0,25 - - 0,20 Total 1,00 0,375 0,25 0,375 Verifica-se que agora a freqüência de heterozigoto, reduzida à metade, é de 25%. Os 25 % restantes é distribuído equitativamente para os homozigotos. DESCENDÊNCIA POR AUTOFECUNDAÇÃO Há uma forma generalizada de predizer a descendência após n gerações de autofecundação em uma dada população. Como ilustração é considerado um exemplo de uma população constituída inicialmente por 20 AA, 40 Aa e 40 aa. A freqüência inicial de heterozigotos é, portanto 0,4. A freqüência de heterozigotos será reduzida à metade a cada geração de autofecundação, e portanto pode ser estimada por meio de: f(Hn) = (1/2)^n f(Ho)
  • 27. em que f(Hn) : freqüência de heterozigotos após n gerações de autofecundações; f(Ho) : freqüência inicial de heterozigotos. Como exemplo, será obtida a relação genotípica após 3 gerações de autofecundações. f(Ho) = 0,4 f(Hn) = (1/2)³ f(Ho)=(1/2)³ (0,40) = 5% A redução na freqüência de heterozigotos foi, portanto, de 35%, dos quais 17,5 contribuiram para o acréscimo de aa (totalizando 57,5%) e 17,5 para o acréscimo de AA (totalizando 37,5). RETROCRUZAMENTOS CONCEITO Retrocruzamento refere-se ao cruzamento de um descendente com qualquer um de seus genitores. O termo genitor pode ser entendido no sentido restrito, se referindo aqueles indivíduos que de fato contribuiram, por intermédio de seus gametas, para a formação do descendente ou no sentindo amplo, se referindo a indivíduos representativos da variedade, raça ou tipo dos genitores estudados. Neste último caso, retrocruzamento não é, necessariamente, um tipo de cruzamento endogâmico (ou consangüíneo). Retrocruzamento tem sido reconhecido como um importante método de melhoramento, utilizado para a obtenção de materiais genéticos superiores, obtidos pela transferência de um ou poucos genes, de uma fonte não-recorrente. ILUSTRAÇÃO Como ilustração, é considerado uma variedade ( C ) geneticamente superior, utililizada pelos agricultures pelos seus excelentes atributos. Entretanto esta variedade poderá vir apresentar limitações de cultivo por ter genótipo hh, que confere a susceptibilidade a certa doença, que até então não ocorria na região. Será considerado que se dispõe de fonte de resistência em uma variedade não-comercial (S), de genótipo HH. Objetiva-se, neste caso, obter o material genético idêntico ao C original, porém com o gene de resistência H. para tal, realiza-se o cruzamento inicial: Cruzamento original : C (hh) x S (HH) F1 : Hh
  • 28. A F1, por ser um híbrido, reúne, em probabilidade ½ das características desejáveis da variedade C, mas concentra a outra ½ de características da variedade S. Para se eliminar as características indesejáveis de S, realiza-se o retrocruzamento envolvendo o genitor recorrente C, tendo-se: Retrocruzamento 1: F1 (Hh) x C (hh) Descendência RC1 : Hh e hh. Indivíduos hh são indesejáveis e, portanto, eliminados. A similaridade da RC1 com o material C é agora, em probabilidade, igual a 75%. Este valor é obtido considerando que cada descendente herda metade dos atributos genéticos de cada genitor. Assim, considera-se: RC1 = ½ [C] + ½ [F1] Sendo: [C] : informação genética atribuída ao genitor C; [F1] : informação genética atribuída ao genitor F1. Sendo um híbrido, tem-se: F1 = ½[C] + ½ [S] Logo, RC1 = ½ [C] + ½{ ½[C] + ½[S]} = ¾ [C] + ¼ [S] Retrocruzamento 2: RC1 (Hh) x C (hh) Descedência :RC2 : Hh e hh. Indivíduos hh são indesejáveis e, portanto, eliminados. A similaridade da RC2 com o material C é, em probabilidade, igual a 87,5%. Este valor é obtido de forma análoga: RC2 = ½ [C] + ½ [RC1] Logo, RC2 = ½ [C] + ½{ ¾ [C] + ¼ [S]} = 7/8 [C] + 1/8 [S] Conclui-se que a cada geração de retrocruzamento, a contribuição do genitor não- recorrente (S) reduz-se à metade. CARACTERÍSTICAS GERAIS
  • 29. De maneira geral, conclui-se que: a) A freqüência de indivíduos resistentes e susceptíveis na n-ésima geração de retrocruzamento é de 50 % (1/2 Aa e ½ aa); b) A similaridade dos indivíduos da n-ésima geração com o genitor não-recorrente (S, no exemplo) será: Similaridade com genitor não-recorrente : (1/2)^(n+1) c) A similaridade dos indivíduos da n-ésima geração com o genitor recorrente (C, no exemplo) será: Similaridade com genitor recorrente : 1 - [(1/2)^(n+1)] d) Deve ser ressaltado que após 5 a 7 gerações de retrocruzamentos, tem-se material genético praticamente com todas características da variedade original C. Entretanto o genótipo é ainda heterozigoto. Torna-se, portanto, necessário o intercruzamento (ou autofecundação) entre os indivíduos Hh, de tal forma que se obtenha na descendência indivíduos C HH. GENES INDEPENDENTES 2a. LEI DE MENDEL INTRODUÇÃO Após verificar o modo de transmissão dos genes que regulavam os vários caracteres, Mendel passou a investigação de como eram transmitidos os alelos pertencentes a genes diferentes. A partir dos dados de seus ensaios já se tinha o conhecimento prévio sobre o controle de cada um dos sete caracteres analisados. Assim, considerando dois deles tinham-se as informações: Caráter cor dos cotilédones Já tinha sido observado que o padrão amarelo (V_) apresentava dominância sobre o padrão verde (vv) Caráter aspecto da casca da semente Neste caso, já se observa que o padrão de casca lisa (R_) era dominante dobre o tipo casca rugosa ( rr)
  • 30. EXPERIMENTO Mendel realizou experimentos envolvendo genitores puros (homozigotos), os quais foram cruzados e, posteriormente, obtida a descendência F2. Avaliaram-se em cada geração o padrão fenotípico em relação aos dois caracteres estudados. RESULTADOS Através dos dados obtidos pode-se fazer a análise individual de cada caráter e, posteriormente, a análise conjunta. Assim, observa-se: Para o caráter cor dos cotilédones Foram observadas as relações: P (amarelo) = (315 + 101)/556 =3/4 P (verde) = (108+32)/556 = 1/4 Para o caráter aspecto da casca da semente Foram observadas as relações: P (lisa) = (315 + 108)/556 = 3/4 P (rugosa) = (101+32)/556 = 1/4 Para a análise conjunta Pela análise conjunta verifica-se que: P (Amarelo lisa) = 315/556 = 9/16 P (Amarelo rugosa) = 101/556 = 3/16 P (Verde lisa) = 108/556 =3/16 P (verde rugosa) = 325/556= 1/16
  • 31. Este resultado é também obtido utilizando a lei probabilística aplicada para eventos independentes. Por esta lei, quando se dispõe de dois eventos A e B, independentes, tem-se: P (A e B) = P(A) P(B) Assim, verifica-se que: P (Amarelo lisa) = P(Amarelo) P(Lisa) = (3/4)(3/4) = 9/16 P (Amarelo rugosa) = P(Amarelo) P(Rugosa) = (3/4) (1/4) = 3/16 P (Verde lisa) = P(Verde) P(Lisa0 = (1/4) (3/4) = 3/16 P (verde rugosa) = P(Verde) P(Rugosa) = (1/4) (1/4) = 1/16 LEI DA SEGREGAÇÃO E COMBINAÇÃO INDEPENDENTE Com base nos resultados encontrados Mendel postulou sua segunda lei, segundo a qual os genes localizados em cromossomos diferentes, segregam independentemente. RF e RG NA DESCENDÊNCIA DE UM DIÍBRIDO Atribuindo os genótipos aos genitores, pode-se esquematizar o experimento realizado por Mendel conforme ilustrado na figura ao lado. A descendência F2 é obtida considerando: Gametas F1 VR Vr vR vr VR VVRR VVRr VvRR VvRr Vr VVRr VVrr VvRr Vvrr
  • 32. vR VvRR VvRr vvRR vvRr vr VvRr Vvvr vvRr vvrr São, portanto, estabelecidas as seguintes relações: a - Relação Genotípica Pode ser obtida pelo método da contagem, observando cada classe e sua ocorrência no tabuleiro de cruzamento. Outra possibilidade é usando os princípios de probabilidades. Sabe-se que , para cada caráter, tem-se na F2 as probabilidades: Cruzamento na F1: Vv x Vv Na F2: P(VV) = ¼ P(Vv) = 2/4 P(vv) = ¼ P(V-) = ¾ Cruzamento na F1: Rr x Rr Na F2: P(RR) = ¼ P(Rr) = 2/4 P(rr) = ¼ P(R-) = ¾ Assim, obtém-se: Método da Genótipos Método da probabilidade contagem VVRR 1 P(VV)P(RR)=(1/4)(1/4)=1/16 VVRr 2 P(VV)P(Rr)=(1/4)(2/4)=2/16 VVrr 1 P(VV)P(rr)=(1/4)(1/4)=1/16 VvRR 2 P(Vv)P(RR)=(2/4)(1/4)=2/16 VvRr 4 P(Vv)P(Rr)=(2/4)(2/4)=4/16 Vvrr 2 P(Vv)P(rr)=(2/4)(1/4)=2/16 vvRR 1 P(vv)P(RR)=(1/4)(1/4)=1/16 vvRr 2 P(vv)P(Rr)=(1/4)(2/4)=2/16 vvrr 1 P(vv)P(rr)=(1/4)(1/4)=1/16 O método de contagem é trabalhoso e demorado. O número de células do tabuleiro de cruzamento é de 2n, sendo n o número de gametas formados. Quando se tem dois genes em herozigose tem-se um tabuleiro 4x4; para três genes tem-se um tabuleiro 8x8, dificultando a contagem dos diferentes tipos de genótipos.
  • 33. O método da probabilidade é rápido, pois permite obter a freqüência de um particular genótipo ou fenótipo sem a necessidade de obtenção de todos os outros. Esse método é mais fácil de ser aplicado quando se tem genes independentes. b - Relação Fenotípica Pode também ser obtida pelo método da contagem, observando cada classe e sua ocorrência no tabuleiro de cruzamento. Outra possibilidade é usando os princípios de probabilidades. Método da Fenótipos Classes Método da probabilidade contagem Amarelo, P(V-)P(R- V-R- 9 Lisa )=(3/4)(3/4)=9/16 Amarelo, V-rr 3 P(V-)P(rr)=(3/4)(1/4)=3/16 Rugosa Verde, P(vv)P(R- vvR- 3 Lisa )=(1/4)(3/4)=3/16 Verde, vvrr 1 P(vv)P(rr)=(1/4)(1/4)=1/16 Rugosa GENES INDEPENDENTES INTRODUÇÃO Os princípios básicos apresentados nos experimentos de Mendel, utilizados para a formulação das leis básicas , foram aplicados para um e dois genes. A generalização para n genes com segregação independente pode ser facilmente realizada, aplicando-se os conhecimentos para cada gene individualmente, e posteriormente fazendo-se a análise global, de todos os genes envolvidos, considerando o princípio probabilístico aplicado a eventos independentes. TRIPLO HETEROZIGOTO Será considerado um indivíduo triíbrido, que se encontra em heterozigose para três genes (A/a, B/b e C/c) independentes. Trata-se portanto de um genótipo AaBbCc. As seguintes informações podem ser obtidas: Gametas formados por um triíbrido Formam-se oito diferentes gametas. Por ser genes independentes, a freqüência de cada um deles será de 1/8, pois para cada loco tem-se:
  • 34. P(A)=P(a)=P(B)=P(b)=P(C)=P(c) = ½ E, ainda, de forma conjunta, tem-se: P(ABC) = P(A) P(B) P(C) = ( ½ ) ( ½ ) ( ½ )=1/8 Relação genotípica obtida de um triíbrido Para cada gene segregante formam-se três diferentes genótipos. Assim, considerando o gene A/a em heterozigose (Aa), formam-se, na descedência, os genótipos AA, Aa e aa. O mesmo ocorre em relação aos demais genes segregantes. A combinação entre eles dará origem a 3x3x3 = 27 genótipos diferentes na descendência. A freqüência de cada genótipo pode ser obtida pelo método das probabilidades, considerando que: P(AA) = ¼; P(Aa) = 2/4 e P(aa) = ¼ P(BB) = ¼; P(Bb) = 2/4 e P(bb) = ¼ P(CC) = ¼; P(Cc) = 2/4 e P(cc) = ¼ Assim, como ilustração, tem-se: P(AA BB CC) = ( ¼ ) ( ¼ ) ( ¼ ) = 1/64 O genótipo de maior ocorrência será: P(Aa Bb Cc) = ( 2/4 ) ( 2/4 ) ( 2/4 ) = 8/64 Para os demais genótipos tem-se: Genótipo Freqüência Genótipo Freqüência Genótipo Freqüência AABBCC 1 AaBBCC 2 aaBBCC 1 AABBCc 2 AaBBCc 4 aaBBCc 2 AABBcc 1 AaBBcc 2 aaBBcc 1 AABbCC 2 AaBbCC 4 aaBbCC 2 AaBbCc 4 AaBbCc 8 aaBbCc 4 AABbcc 2 AaBbcc 4 aaBbcc 1 AAbbCC 1 AabbCC 2 aabbCC 1 AAbbCc 2 AabbCc 4 aabbCc 2 AAbbcc 1 Aabbcc 2 aabbcc 1
  • 35. Relação Fenotípica obtida de um triíbrido Considerando que há dominância completa entre os alelos de cada gene, verifica-se que para cada gene segregante formam-se dois diferentes fenótipos. Assim, considerando o gene A/a em heterozigose (Aa), formam-se na descedência os fenótipos correspondentes às classes A- (AA ou Aa) e aa. O mesmo ocorre em relação aos demais genes segregantes. A combinação entre eles dará origem a 2x2x2 = 8 fenótipos diferentes na descendência. A freqüência de cada fenótipo também pode ser obtida pelo método das probabilidades, considerando que: P(A-) = 3/4 e P(aa) = ¼ P(B-) = 3/4 e P(bb) = ¼ P(C-) = 3/4 e P(cc) = ¼ Assim, pode-se listar os seguintes fenótipos com suas respectivas freqüências: Fenótipos Freqüência A- B- C- (3/4) (3/4) (3/4) = 27/64 A- B- cc (3/4) (3/4) (1/4) = 9/64 A- bb C- (3/4) (1/4) (3/4) = 9/64 A- bb cc (3/4) (1/4) (1/4) = 3/64 aa B- C- (1/4) (3/4) (3/4) = 9/64 aa B- cc (1/4) (3/4) (1/4) = 3/64 aa bb C- (1/4) (1/4) (3/4) = 3/64 aa bb cc (1/4) (1/4) (1/4) = 1/64 CRUZAMENTOS ENTRE HÍBRIDOS - GENERALIZAÇÃO Pode-se agora generalizar os resultados a serem obtidos quando se considera o cruzamento entre indivíduos que apresentam n genes em heterozigose. O quadro a seguir ilustra as possibilidades de formação de gametas, genótipos e fenótipos. Novamente ressalta-se que está sendo considerado apenas genes independentes, ou seja, localizados em cromossomos diferentes. O mesmo poderia ser afirmado para aqueles genes ligados, mas com uma freqüência de recombinação que os tornam comparáveis a genes independentes. Na obtenção dos fenótipos também considera-se dominância completa, de tal forma que para cada gene em heterozigose formam-se dois diferentes fenótipos. Se, ao contrário,
  • 36. ocorre codominância tem-se, para cada gene segregante, três diferentes fenótipos. Em muitos casos as duas situações ocorrem, ou seja, alguns genes apresentam dominância completa e outros apresentam codominância ou ausência de dominância. O quadro a seguir ilustra as possibilidades de gametas, genótipos e fenótipos formados a partir de um indivíduo em heterozigose para n genes. Fenótipos Nº de genes Gametas Genótipos diferentes na F2, em diferentes diferentes na com dominância heterozigose da F1 F2 completa entre na F1 os alelos 1 2(A,a) 3(AA,Aa,aa) 2(A-,aa) 2 4 9 4 3 8 27 8 ... ... ... ... n 2^n 3^n 2^n APLICAÇÃO Será considerado como ilustração quatro genes independentes, controlando os seguintes caracteres: A- : flor vermelha aa : flor branca BB : fruto redondo Bb : fruto oval bb : fruto triangular C- : planta alta cc : planta anã D- : inflorescência simples dd : inflorescência composta Considera-se o cruzamento entre os indivíduos X, de genótipo AabbCcDd, e o Y, de genótipo AaBbCCdd. Serão consideradas os seguintes informações: Número de gametas formados por X e por Y. Os indivíduos X e Y apresentam, respectivamente, 3 e 2 genes em heterozigose. Assim, X produz 8 (2³) gametas diferentes e Y produz 4 (2²) gametas diferentes. Os gametas são: De X : AbCD; AbCd; AbcD; Abcd; abCD; abCd; abcD; abcd; De Y : ABCd; AbCd; aBCd; abCd;
  • 37. Genótipos diferentes formados na descendência do cruzamento entre X e Y. Como trata-se de genótipos diferentes, deve-se considerar gene a gene. Assim, tem se: Gene Cruzamento Descendência A/a X = Aa e Y= Aa AA, Aa e aa B/b X = bb e Y = Bb Bb e bb C/c X = Cc e Y = CC CC e Cc D/d X = Dd e Y = dd Dd e dd Considerando-se todas as combinações, teremos 3x2x2x2 = 24 diferentes genótipos na descendência do cruzamento entre X e Y. A freqüência de cada genótipo pode ser obtida pelo método da probabilidade. Assim, como ilustração tem-se: P(AaBbCcDd) = (2/4) (1/2) (1/2) (1/2) = 2/32 P(aa bb CC dd) = (1/4) (1/2) (1/2) (1/2) = 1/32 P(A- B- C- D-) = (3/4) (1/2) (1) (1/2) = 3/16 Genótipos diferentes formados da autofecundação de X. Neste caso pode-se predizer o número de genótipo utilizando a formula genérica 3^n (para o indivíduo X tem-se n = 3, pois existem três genes em heterozigose) ou considerar gene a gene. Assim, tem se: Gene Autofecundação Descendência A/a X = Aa AA, Aa e aa B/b X = bb bb C/c X = Cc CC, Cc e cc D/d X = Dd DD, Dd e dd Considerando-se todas as combinações, teremos 3x1x3x3 = 3³ = 27 diferentes genótipos na descendência da autofecundação de X. A freqüência de cada genótipo pode ser obtida pelo método da probabilidade. Assim, como ilustração tem-se: P(AabbCcDd) = (2/4) (1) (2/4) (2/4) = 8/64
  • 38. P(aa bb cc dd) = (1/4) (1) (1/4) (1/4) = 1/64 Genótipos diferentes formados da autofecundação deY. Para Y tem-se 2 genes em heterozigose e, portanto, são formados 3² = 9 diferentes genótipos. Considerando gene a gene, tem se: Gene Autofecundação Descendência A/a Y = Aa AA, Aa e aa B/b Y = Bb BB, Bb e bb C/c Y = CC CC D/d Y = dd dd Considerando-se todas as combinações, teremos 3x3x1x1 = 3² = 9 diferentes genótipos na descendência da autofecundação de Y. Fenótipos diferentes formados na descendência do cruzamento entre X e Y. Como trata-se de genótipos diferentes, também deve-se considerar gene a gene. Assim, tem se: Gene Cruzamento Descendência A/a X = Aa e Y= Aa flores vermelhas e brancas B/b X = bb e Y = Bb frutos ovais e triangulares C/c X = Cc e Y = CC plantas altas D/d X = Dd e Y = dd inflorescências simples e compostas Considerando-se todas as combinações, teremos 2x2x1x2 = 8 diferentes genótipos na descendência do cruzamento entre X e Y. A freqüência de cada fenótipo pode ser obtida pelo método da probabilidade. Assim, como ilustração tem-se: P(vermelha, oval, alta, simples ) = (3/4) (1/2) (1) (1/2) = 3/16 Fenótipos diferentes formados da autofecundação de X Neste caso, como existe um gene em que há codominância o mais apropriado é também considerar gene a gene. Assim, tem se:
  • 39. Gene Autofecundação Descendência A/a X = Aa flores vermelhas ou brancas B/b X = bb frutos triangulares C/c X = Cc plantas altas e anãs D/d X = Dd inflorescências simples e compostas Considerando-se todas as combinações, teremos 2x1x2x2 = 8 diferentes fenótipos na descendência da autofecundação de X. Fenótipos diferentes formados da autofecundação de Y Para Y, considerando gene a gene, tem se: Gene Autofecundação Descendência A/a Y= Aa flores vermelhas ou brancas B/b Y = Bb frutos redondos, ovais e triangulares C/c Y = CC plantas altas D/d Y = dd inflorescências compostas MODIFICAÇÕES NA RF 9:3:3:1 RELAÇÃO DE DOMINÂNCIA ENTRE ALELOS DOMINÂNCIA COMPLETA Nesse caso um alelo é capaz de suprimir a manifestação do outro quando em heterozigose, de tal forma que o fenótipo do heterozigoto é igual ao apresentado por um dos homozigotos (homozigoto dominante). Como exemplo cita-se o gene V/v em ervilha, em que V determina cotilédones de cor amarela e v cotilédones de cor verde. Tem-se, portanto: VV = amarelo Vv = amarelo
  • 40. vv = verde CODOMINÂNCIA Ocorre quando ambos os alelos de um gene se expressam integralmente no heterozigoto, de tal forma que o fenótipo deste heterozigoto é distinto em relação aos dois homozigotos. Em 1927, Landeateiner e Levine descobriram um grupo de antígeno nos glóbulos vermelhos no sangue, denominados de antígeno M e N. Toda as pessoas podem ser classificadas em M, N ou MN. A herança desse caráter é monogênica, através de alelos codominantes, que atuam da seguinte forma: LM : produz o antígeno M LN : produz o antígeno N. As pessoas são classificadas em: Grupo Sangüíneo Antígenos Genótipo M M LM LM N N LN LN MN MeN LM LN AUSÊNCIA DE DOMINÂNCIA Nesse caso os alelos expressam integralmente quando em heterozigose, mas o fenótipo do heterozigoto é intermediário aos dois homozigotos em função de um efeito quantitativo da atividade dos alelos. Como o exemplo cita-se a ação do gene V/v conforme descrito a seguir: VV = Vermelho Vv = rosa vv = branco ALELOS LETAIS
  • 41. Nesse caso a manifestação fenotípica do alelo é a morte do indivíduo, seja na fase pré- natal ou pós-natal, anterior a maturidade. Os alelos letais dominantes surgem de mutações de um alelo normal. Os portadores morrem antes de deixar descendente, sendo rapidamente removido da população. Os alelos letais recessivos só resultam na morte do indivíduo quando em homozigose. Os heterozigotos podem não apresentar efeitos fenotípicos deletérios, e assim permitem que esses alelos permaneçam na população, mesmo que em baixa freqüência. Como ilustração cita-se o gene C/c que controla a quantidade de clorofila na flor ornamental boca-de-leão. Assim, tem-se: CC = folha verde Cc = folha verde claro cc = letal SEGREGAÇÃO - UM GENE Em razão da relação da dominância entre os alelos tem-se, na decendência de um heterozigoto, várias proporções fenotípicas ou genotípicas, conforme ilustrado a seguir: Relação de RG na descendência RF na descendência Dominância de um híbrido de um híbrido Dominância 1:2:1 3:1 completa Codominância 1:2:1 1:2:1 Ausência de 1:2:1 1:2:1 dominância Homozigoto letal 1:2 1:2 ou 1 SEGREGAÇÃO - DOIS GENES Quando se consideram dois genes em heterozigose, como visto nos experimentos que conduziram à formulação da 2a. Lei de Mendel, tem-se a proporção fenotípica clássica 9:3:3:1. Entretanto, alguns fatores afetam a proporção 9:3:3:1, que são: a- Relação de dominância entre alelos b- Relação gênica entre não-alelos (interações epistáticas.)
  • 42. c- Ligação fatorial (ou gênica) Considerando os dois locos gênicos, algumas possíbilidade de relação fenotípica são descritas a seguir: 1º loco 2º loco RF nos adultos Combinação Dominância Dominância 9:3:3:1 (3:1)(3:1) completa completa Dominância Ausência de 3:6:3:1:2:1 (3:1)(1:2:1) completa dominância Ausência de Ausência de 1:2:1:2:4:2:1:2:1 (1:2:1)(1:2:1) dominância dominância Dominância Recessivo 3:1:6: 2 (3:1)(1:2) completa letal Ausência de Recessivo 1:2:1:2:4:2 (1:2:1)(1:2) dominância letal Recessivo Recessivo 4:2:2:1 (2:1)(2:1) letal letal APLICAÇÃO Bovino (Dominância completa e ausência de dominância) Considera-se, neste caso, o gene que controla a presença de chifres (C/c) e a cor da pelagem, conforme descrito a seguir: C/c = ausência de chifre/presença de chifres RR = vermelho Rr = rosilho rr = branco Cruzamentos entre duplo-heterozigotos (CcRr x CcRr) formam: Chifre Pelagemo RF 3/4 Sem chifre (C_) 1/4 Vermelho(RR) 3 3/4 Sem chifre (C_) 2/4 Rosilho(Rr) 6 3/4 Sem chifre (C_) 1/4 Branco(rr) 3
  • 43. 1/4 Com chifre (cc) 1/4 Vermelho(RR) 1 1/4 Com chifre (cc) 2/4 Rosilho(Rr) 2 1/4 Com chifre (cc) 1/4 Branco(rr) 1 Rabanete (ausência de dominância e ausência de dominância) Considera-se, neste caso, o gene que controla o formato do fruto (L/L') e a cor da flor, conforme descrito a seguir: LL - fruto longo LL' - fruto oval L'L' - fruto redondo RR - flor vermelha RR' - flor púrpura R'R' - flor branca A descendência do cruzamentos entre duplo-heterozigotos (LL'RR' x LL'RR') é descrita a seguir: Cor da Flor Forma do Fruto RF 1/4 Vermelha (LL) 1/4 Longo (RR) 1 2/4 Púrpura (LL') 1/4 Longo (RR) 2 1/4 Branca (L'L') 1/4 Longo (RR) 1 1/4 Vermelha (LL) 2/4 Oval (RR') 2 2/4 Púrpura (LL') 2/4 Oval (RR') 4 1/4 Branca (L'L') 2/4 Oval (RR') 2 1/4 Vermelha (LL) 1/4 Redondo (R'R') 1 2/4 Púrpura (LL') 1/4 Redondo (R'R') 2 1/4 Branca (L'L') 1/4 Redondo (R'R') 1 Galináceos (codominância e recessivo letal) Considera-se, neste caso, o gene que controla a cor das asas (F/F') e o tamanho das pernas, conforme descrito a seguir:
  • 44. FF penas pretas F'F' penas salpicadas de branco FF' penas azuis CC pernas normais Cc pernas curtas (rastejantes) cc letal A descendência do cruzamentos entre duplo-heterozigotos(FF'CC x FF'Cc) é descrita a seguir: Pernas Cor das penas RF adulta 2/3 Rastejante (Cc) 1/4 Preta (FF) 2 2/3 Rastejante (Cc) 2/4 Azul (FF') 4 2/3 Rastejante (Cc) 1/4 Salpicada (F'F') 2 1/3 Normal (cc) 1/4 Preta (FF) 1 1/3 Normal (cc) 2/4 Azul (FF') 2 1/3 Normal (cc) 1/4 Salpicada (F'F') 1 Espécie humana (letal e letal) Considera-se, neste caso, o gene que controla a debilidade mental(I/i) e a presença de anormalidades nos dedos (B/B') , conforme descrito a seguir: I_ = normal ii = debilidade mental (idiotia amaurótica infantil) BB =letal BB' =dedos curtos (braquifalangia) B'B' = normal A descendência do casamento entre duplo-heterozigotos(BB'Ii x BB'Ii) é descrita a seguir:
  • 45. Idiotia Braquifalangia RF adulta 1 Normal (I-) 2/3 dedos curtos (BB') 2 1 Normal (I-) 1/3 dedos normais (B'B') 1 Espécie humana (letal e letal) Considera-se, neste caso, o gene que controla a debilidade mental em estádio juvenil (I/i) e adulto (J/j), conforme descrito a seguir: I_ = normal ii = idiotia amaurótica infantil J_ = normal jj = idiotia amaurótica juvenil A descendência do casamento entre duplo-heterozigotos (IiJj x IiJj) é descrita a seguir: 100% normal (adulto) Drosophila (letal e letal) Considera-se, neste caso, o gene que controla a coloração dos olhos (P/p) e o tipo de cerdas (S/s) , conforme descrito a seguir: PP olhos de coloração selvagem Pp olhos de coloração ameixa pp letal SS = cerdas selvagens Ss = cerdas curtas e grossas ss = letal A descendência do cruzamentos entre duplo-heterozigotos(PpSs x PpSs) é descrita a seguir:
  • 46. Olhos Cerdas RF adulta 1/3 Selvagem (PP) 1/3 Selvagem (SS) 1 1/3 Selvagem (PP) 2/3 Curta (Ss) 2 2/3 Ameixa (Pp) 1/3 Selvagem (SS) 2 2/3 Ameixa (Pp) 2/3 Curta (Ss) 4 INTERAÇÕES GÊNICAS EPISTÁTICAS INTERAÇÃO GÊNICA A interação gênica ocorre quando dois ou mais genes controlam um mesmo caráter. Estes genes podem, ou não, estar localizados em um mesmo cromossomo. Nas discussões anteriores foram considerados dois genes independentes, cujo cruzamento entre híbridos fornecia a proporção mendeliana clássica de 9:3:3:1. As interações gênicas são fatores que contribuem para a alteração desta proporção. Os tipos de interações são: a - Interação gênica epistática; b - Interação gênica não-epistática. INTERAÇÕES EPISTÁTICAS As interações epistáticas apresentam as seguintes características: a) Ocorrem quando dois ou mais genes determinam a produção de enzimas que catalisam diferentes etapas de uma mesma via biossintética. Vias biossintéticas são aquelas em que as enzimas produzidas por determinados genes atuam, de maneira que, uma substância inicial (substância precursora) é desdobrada em substratos até dar origem a um produto final, que pela ação do meio resultará na
  • 47. manifestação fenotípica para aquele caráter. SP = substância precursora S1 e S2 = produtos intermediários PF = produto final A e B = alelos que produzem enzimas normais a e b = alelos que produzem enzimas que causam bloqueio na via biossintética. b) A epistasia envolve a supressão gênica inter-alélica, ou seja, os alelos de um loco gênico encobre a expressão de outro alelo pertencente a outro loco gênico (não-alelo). Isto pode ser evidenciado na seguinte via, em que: SP = determina ausência de cor (branco) S1 = determina a cor amarela S2 = determina a cor vermelha Desta forma tem-se a seguinte ação gênica: A_ : permite a expressão da cor aa : inibe a cor (branco) B- : manifesta a cor vermelha bb : manifesta a cor amarela Verifica-se, portanto, que o fenótipo apresentado por um indivíduo de genótipo B- dependerá da ação do gene A/a. Se houver A-, o fenótipo será vermelho, pois a enzima produzida pelo alelo B, atuará catalizando a transformação de S1 em S2. Entretanto, se houver aa, a ação do gene B será suprimida, pois apesar de produzir a enzima e2, não haverá substrato para sua ação catalítica. O mesmo fato ocorre em relação a condição genotípica bb. Pode-se, portanto, afirmar que a condição aa inibe ou suprime a ação do loco B/b. c) O alelo (ou gene) que mascara a expressão do outro é denominado de epistático e o alelo (ou gene) cuja ação é suprimida é denominado de hipostático. No exemplo anterior o alelo a é o epistático e o gene B/b é o hipostático. d) Quando se verifica epistasia entre dois locos gênicos, o número de fenótipos entre os descendentes será menor que quatro. A proporção 9:3:3:1 se modifica dando origem a uma combinação daquela proporção.
  • 48. TIPOS DE EPISTASIAS Forma RF Tipo epistática esperada 1. Epistasia dominante (A) 12:3:1 2. Epistasia recessiva (a) 9:3:4 3. Genes duplos dominantes com (A,B) 9:6:1 efeito cumulativo 4. Genes duplo dominantes sem o (A,B) 15:1 efeito cumulativo 5. Genes duplos recessivos com (a,b) 9:6:1 efeito cumulativo 6. Genes duplos recessivos sem o (a,b) 9:7 efeito cumulativo 7. Interação dominante e recessiva (A,b) 13:3 EXEMPLOS Na natureza são encontrados vários exemplos dos tipos de epistasias abordados neste capítulo. Como ilustrações podem ser considerados os seguintes caracteres Tipos Proporção Espécie Controle gênico V_ = vermelho vv = amarelo 1 - Epistasia dominante 12:3:1 Cebola I_ = inibe a cor ii = permite a cor V_ = vermelho vv = amarelo 2 - Epistasia recessiva 9:3:4 Cebola C_ = permite a cor cc = inibe a cor I_ = inibe a coloração ii = permite a cor 3 - Interação dominante e recessiva 13:3 Cebola C_ = permite a cor cc = inibe a cor A_B, A_bb, aaB_ = 4 - Gemes duplos dominantes (sem Bolsa-de-pastor 15:1 fruto triangular efeito cumulativo) (crucífera) Aabb = fruto oval 5 - Genes duplos recessivos (sem 9:7 Trevo A_B_ = alto teor de
  • 49. efeito cumulativo) cianeto A_bb, aaB_ e aabb = baixo teor A_B_ = achatada 6 - Genes duplos (dominantes e A_bb e aaB_ = 9:6:1 Abóbora recessivos) com efeito cumulativo esférica aabb = alongada INTERAÇÕES NÃO-EPISTÁTICAS CARACTERÍSTICAS As interações não-epistáticas diferem das epistáticas pelas seguintes razões: a) Os genes produzem enzimas que atuam em vias biossintéticas (ou metabólicas) distintas. Será considerado como ilustração a ação dos genes A/a e B/b, que determinam a produção das enzimas E1 e E2, que participam das vias biossintéticas, conforme ilustrado no esquema ao lado. b) Ao contrário das interações epistáticas, não há supressão gênica interalélica, mas a mistura dos produtos de cada via metabólica poderão se misturar dando diferentes fenótipos. Podemos considerar a seguinte ação gênica a título de ilustração: Possíveis Genótipos Produto final Fenótipo A_B_ S2 e S4 Roxo A_bb S2 e S3 Vermelho aaB_ S1 e S4 Rosa aabb S1 e S3 Branco
  • 50. Verifica-se neste caso que não é possível estabelecer o fenótipo de um indivíduo B-, sem considerar o gene A/a, o mesmo ocorrendo para o indivíduo bb. Assim, a condição A_ B_ determina a manifestação do roxo, enquanto que a condição aaB_, determina o rosa. Neste caso, a variação da expressão gênica não é atribuída à supressão, mas às diferentes mistura de produtos. Em A_ B_, tem-se S2 e S4, como produtos metabólicos e, para aa B_, tem- S1 e S4. Estas combinações diferentes, produzem fenótipos diferentes. c) Nas interações não-epistáticas a proporção 9:3:3:1 pode ser mantida, entretanto essa relação fenotípica distingue-se da proporção mendeliana clássica, pois nesse caso tem- se dois genes, mas apenas um caráter em questão. EXEMPLO Um exemplo de ação gênica não-epistática é encontrado em galináceos, em que as cristas podem se apresentar nas seguintes formas: - Tipos serra (ou simples) - Leghorns - Tipo rosa - Wyandottes - Tipos ervilha - Brahmas - Tipo noz (ou amêndoa) - Cruzamento entre Wyandottes com Brahmas. Foram realizados os seguintes cruzamentos: Cruzamentos F1 F2 Simples x Simples Simples Simples 3/4 Rosa Rosa x Simples Rosa 1/4 Simples 3/4 Ervilha Ervilha x Simples Ervilha 1/4 Simples 9/16 Noz 3/16 Rosa Rosa x Ervilha Noz 3/16 Ervilha 1/16 Simples Nos cruzamentos entre rosa e simples ou entre ervilha e simples há indicativo da existência de um gene segregante controlando o caráter. Percebe-se que tanto rosa quanto ervilha dominam o padrão simples. A questão adicional é a constatação da
  • 51. existência de dois locos gênicos controlando o caráter. O cruzamento entre ervilha e rosa é fundamental para se avaliar a hipótese de alelismo múltiplo ou de interação gênica. A proporção 9:3:3:1 na F2 deste cruzamento indica se tratar de dois genes, cuja ação se complementam caracterizando o fenômeno não-epistático. A caracterização dos genótipos pode ser feita conforme quadro a seguir: Cruzamentos F1 F2 Simples(rree) x Simples(rree) Simples(rree) Simples(rree) Rosa (RRee) x 3/4 Rosa(R-ee) Rosa (Rree) Simples(rree) 1/4 Simples(rree) Ervilha(rrEE) x 3/4 Ervilha (rrE-) Ervilha(rrEe) Simples(rree) 1/4 Simples(rree) 9/16 Noz(R-E-) 3/16 Rosa(R-ee) Rosa(RRee) x 3/16 Ervilha(rrE- Noz(RrEe) Ervilha(rrEE) ) 1/16 Simples(rree) PLEIOTROPIA É o fenômeno pelo qual um único gene controla mais de um caráter. Efeitos pleiotrópicos são fundamentais, pois são causas de correlações entre caracteres. Há grande interesse no estudo e conhecimento da ação destes genes, muitas vezes utilizados como marcadores ou auxiliares na seleção e, ou, identificação de caracteres mais complexos ou de difícil medição. Uma ilustração é o gene que controla a cor do hipocótilo e das flores de soja. Como a coloração do hipocótilo manifesta-se em estádio de plântula, torna-se de grande interesse em trabalhos de hibridação. Assim, tem-se: Genótipo Cor da Flor Cor do Hipocótilo AA Roxa Roxo Aa Roxa Roxo aa Branca Verde
  • 52. LIGAÇÃO FATORIAL DOIS GENES INTRODUÇÃO Ligação fatorial diz respeito a existência de 2 ou mais genes, localizados no mesmo cromossomo. O fenômeno foi descoberto em 1906 por BATESON e PUNNETT, que verificaram a falta de independência de dois genes em ervilhas. Quando os genes estão muito próximos, no mesmo cromossomo, dizemos que ocorre "linkage completa" e quando eles estão suficientemente separados dizemos que ocorre "linkage parcial". FASES DE LIGAÇÃO Para se ter um entendimento sobre ligação fatorial é necessário que inicialmente seja apresentado o conceito e tipos de fases de ligação. Existem dois tipos de fases de ligação, as quais serão descritas a seguir: Fase de aproximação ou acoplamento É a condição na qual os dois alelos dominantes (ou recessivos) tem maior probabilidade de penetrar simultaneamente em um gameta. Ou é a fase em que estão em um mesmo cromossomo os alelos dominantes (ou recessivos) dos dois genes. A B// a b Fase de repulsão É a condição na qual o alelo dominante de um gene e o alelo recessivo de outro gene tem maior probabilidade de penetrar simultaneamente em um gameta. Ou, é a fase em que estão num mesmo cromossomo o alelo dominante de um gene e o alelo recessivo do outro gene. A b// a B DUPLO HETEROZIGOTO - GENES INDEPENDENTES O duplo-heterozigoto com genes independentes é representado simbolicamente por AaBb e apresenta as seguintes características: - Probabilidade de gametas carregarem alelos :P(A) = P(a) = P(B) = P(b) = ½ - Gametas produzidos : ¼ A B : ¼ Ab : ¼ aB : ¼ ab
  • 53. - Relação fenotípica na descendência do cruzamento entre duplo-heterozigotos : RF: 9:3:3:1 DUPLO HETEROZIGOTO - GENES EM PROXIMAÇÃO O duplo-heterozigoto com genes em fase de aproximação é representado por AB//ab. São observadas as seguintes características: - Probabilidade de gametas carregarem alelos :P(A) = P(a) = P(B) = P(b) = ½ - Gametas produzidos: A B e ab, com freqüência P, e Ab e aB, com freqüência R. Em que P e R referem-se, respectivamente, aos tipos paternais e recombinantes. Pode-se verificar que P é maior ou igual a R. O valor de P será igual ao de R, quando os genes estiverem ligados, mas ocorrer freqüência de recombinação igual a 50%, de tal forma que a segregação se verificará da mesma forma se estes genes fossem independentes. - Relação fenotípica na descedência do duplo-heterozigoto: Neste caso a proporção 9:3:3:1 é alterada. A proporção de indivíduos homozigotos recessivos torna-se, de maneira geral, superior a 1/16. Observa-se que, se os genes estão ligados, a segregação de um par de não-alelos não ocorre de maneira independente. Se um gameta é portador de um alelo A a probabilidade dele também ser portador do alelo B é maior do que a do alelo b, pois neste caso haveria necessidade de recombinação gênica, que é um evento raro. DUPLO HETEROZIGOTO - GENES EM REPULSÃO O duplo-heterozizoto em fase de repulsão é representado por Ab//aB. São observadas as seguintes propriedades: - Probabilidade de gametas carregarem alelos :P(A) = P(a) = P(B) = P(b) = ½ Gametas produzidos: A b e a B, com freqüência P, e A B e a b, com freqüência R. - Relação fenotípica na descendência do duplo-heterozigoto também é diferente da 9:3:3:1. A proporção de homozigotos recessivos é inferior a 1/16. DISTÂNCIA, %RECOMBINAÇÃO, % QUIASMA Durante a meiose o cromossomo se divide longitudinalmente dando origem a duas cromátides irmãs. Os cromossomos homólogos se pareiam dando origem a uma
  • 54. estrutura denominada de tétrades ou bivalentes. Quando não existe permuta (ou quiasmas) todos os gametas serão do tipo paternal e quando existe permuta serão formados ½ dos gametas do tipo paternal e a outra metade do tipo recombinante. Considerando 4 tétrades (T) em 4 diferentes células e que cada célula dará origem a 4 gametas, pode-se predizer os tipos de gametas formados conforme ilustrado a seguir. O símbolo "x" representa a presença de quiasma na tétrade e "-" representar a ausência do mesmo. Tétrades Gametas T1 T2 T3 T4 gameta P gameta R Quiasmas(%) Recombinação(%) x x x x 8 8 100 50 x x x - 10 6 75 37.5 x x - - 12 4 50 25 x - - - 14 2 25 12.5 - - - - 16 0 0 0 Analisando a tabela acima conclui-se que: (1/2) % QUIASMA = % RECOMBINAÇÃO A porcentagem de recombinação é também função da distância entre os genes. Quanto maior for a distância entre dois genes, maior será a probabilidade de ocorrer um quiasma naquela região e, consequentemente, maior será a porcentagem de recombinação. A curva de relação entre porcentagem de recombinação e a distância entre genes foi estabelecida para vários organismos. Assim, para pequenas distâncias entre os genes, inferior a 20 centimorgans (ou "unidade de distância" ou "unidades mapa"), tem sido adotada a seguinte expressão: % Recombinação = Distância entre os genes LIGAÇÃO - CRUZAMENTO TESTE Ligações fatoriais podem ser avaliadas analisando a progênie do cruzamento entre um duplo-heterozigoto e outro em homozigose recessiva (cruzamento teste). Será dado um exemplo em que se considera dois genes. O gene A/a controla o formato do fruto (A/a fruto redondo/alongado) e o gene B/b a inflorescência (B/b inflorescência simples/composta). A descendência do cruzamento teste é apresentada, permitindo as seguintes análises. Fenótipo Observado Redondo, Simples 83
  • 55. Redondo, Composta 19 Alongado, Simples 23 Alongado, Composta 85 Constatação da evidência de ligação fatorial Considera-se inicialmente a hipótese de que os genes são independentes. Avalia-se a segregação de cada loco individualmente, verificando a proporção 1:1, e, posteriormente, a segregação conjunta de 1:1:1:1. Considera-se que um duplo- heterozigoto (AaBb) quando submetido ao cruzamento teste dá como resultado os valores: "A B" = a1 "A b" = a2 "a B" = a3 "a b" = a4 Ao lançar a hipótese de independência de segregação entre os genes A/a e B/b, deve-se esperar uma razão de segregação igual a 1:1:1:1. Esta proporção poderá ser testada pelo qui-quadrado, considerando todas as 4 classes fenotípicas e fazendo o teste com 3 graus de liberdade. Entretanto, a rejeição desta hipótese não implica que os genes estejam ligados, pois é possível que o gene A/a e/ou B/b não está segregando na proporção esperada de 1:1. Para se estudar esta possibilidade devere-se decompor os 3 graus de liberdade do qui-quadrado, obtido da análise das 4 classes fenotípicas em: Qui-quadrado A/a (QQ) Mede a segregação do loco A/a na hipótese de segregação 1:1. Está associado a 1 grau de liberdade. Pode ser calculado considerando: Fenótipo Observado Esperado Desvio "A" a1 + a2 (a1 + a2 + a3 + a4)/2 d "a" a3 + a4 (a1 + a2 + a3 + a4)/2 -d de onde se obtém: QQ = 2d²/ESP = 4d²/N = (a1 + a2 - a3 - a4)²/N N = a1 + a2 + a3 + a4
  • 56. Qui-quadrado B/b (QQ) Mede a segregação do loco B/b na hipótese de segregação 1:1. Está associado a 1 grau de liberdade. Pode ser calculado considerando: Fenótipo Observado Esperado Desvio "B" a1 + a3 (a1 + a2 + a3 + a4)/2 d "b" a2 + a4 (a1 + a2 + a3 + a4)/2 -d de onde se obtém: QQ = 2d²/ESP = 4d²/N = (a1 - a2 + a3 - a4)²/N Qui-quadrado L (QQ) Mede a segregação conjunta de A/a e B/b baseada no princípio de ortogonalidade. Está associado a 1 grau de liberdade. Existindo ligação fatorial, as classes "AB + ab" e "aB + Ab" corresponderão às classes paternais e recombinantes, respectivamente, nos casos do duplo-heterozigoto estar em fase de aproximação, ou, ao contrário, nos casos em que o duplo-heterozigoto se encontrar em repulsão. Em qualquer um dos casos (aproximação ou repulsão) a igualdade de "AB + ab" = "aB + Ab", testa a hipótese de que P = R = 0,5, em que não existe ligação fatorial, sendo P a classe paternal e R a classe recombinante. Assim, considera-se os seguintes valores: Fenótipo Observado Esperado Desvio "AB + ab" a1 + a4 (a1 + a2 + a3 + a4)/2 d "aB + Ab" a2 + a3 (a1 + a2 + a3 + a4)/2 -d de onde se obtém: QQ = (a1 - a2 - a3 + a4)²/N Genótipo do F1 O genótipo do F1 é estabelecido a partir de seus gametas do tipo paternal. O cruzamento teste é de grande utilidade, pois as freqüências dos indivíduos refletem a freqüência dos
  • 57. gametas produzidos pelo F1. Aqueles de maior freqüência são os paternais (P) e os de menores freqüências são os recombinantes (R). Neste caso, tem-se: Fenótipo Gameta vindo do F1 Freqüência Tipo de gameta Redondo, Simples AB 23 R Redondo, Composta Ab 85 P Alongado, Simples aB 83 P Alongado, Composta ab 19 R Como as classes paternais, de maior freqüência, se referem aos gametas Ab e aB, conclui-se que o duplo-heterozigoto envolvido no cruzamento teste apresenta os genes ligados em repulsão, de tal forma que seu genótipo é representado por Ab//aB. Distância entre os genes A distância entre os genes é estimada por meio da freqüência dos gametas recombinantes, identificados por R. Assim, no exemplo, tem-se: d = [100(R+R))]/TOTAL = [100(19+23)]/210 = 20% = 20 centimorgans LIGAÇÃO - PROGÊNIE F2 A utilização de cruzamentos teste em estudos de ligação fatorial tem sido adequada pela possibilidade de identificação do genótipo e gametas do progenitor através de sua descendência. Entretanto, muitas vezes devemos avaliar a existência de ligação fatorial em dados resultantes de uma geração F2. Será novamente considerado o exemplo em que se considera dois genes. O genes A/a controla o formato do fruto (A/a fruto redondo/alongado) e o genes B/b a inflorescência (B/b inflorescência simples/composta). A descendência F2 é apresentada, permitindo as seguintes análises. Fenótipo Observado Redondo, Simples 102 Redondo, Composta 48 Alongado, Simples 48 Alongado, Composta 2
  • 58. Avaliação da existência de ligação fatorial Ao lançar a hipótese de independência de segregação entre os genes A/a e B/b, deve-se esperar uma razão de segregação igual a 9:3:3:1. Esta proporção poderá ser testada pelo qui-quadrado, considerando todas as 4 classes fenotípicas e fazendo o teste com 3 graus de liberdade. Entretanto, a rejeição desta hipótese não implica que os genes estejam ligados, pois é possível que o gene A/a e/ou B/b não está segregando na proporção esperada de 3:1. Para se estudar esta possibilidade deve-se decompor os 3 graus de liberdade do qui-quadrado, obtido da análise das 4 classes fenotípicas. Considera-se que um duplo-heterozigoto, quando autofecundado, proporciona a seguinte descendência: "A B" = a1 "A b" = a2 "a B" = a3 "a b" = a4 As seguintes expressões de qui-quadrado podem ser obtidas a partir deste conjunto de dados: Qui-quadrado Total Testa a hipótese de segregação 9:3:3:1. Em casos de significância, não se pode concluir que os genes estejam ligados, pois é possível que haja problemas na segregação de cada loco individualmente. Qui-quadrado A/a (QQ) Testa a segregação 3:1 do loco A/a. Pode ser obtido através da expressão: QQ = (a1 + a2 -3a3 - 3a4)²/3N, está associado a 1GL. Qui-quadrado B/b (QQ) Testa a segregação do loco B/b na proporção de 3:1. Este qui-quadrado está associado a 1 grau de liberdade e é obtido pela expressão: QQ = (a1 - 3a2 + a3 - 3a4)²/3N, está associado a 1GL Qui-quadrado L
  • 59. Testa a segregação conjunta dos genes A/a e B/b. É obtido pelo princípio de ortogonalidade e está associado a 1 grau de liberdade. QQ = (a1 - 3a2 - 3a3 + 9a4)²/9N Identificação do genótipo do F1 A existência de ligação fatorial pode ser constatada pela freqüência do homozigoto recessivo que será superior a 1/16 quando os genes estiverem ligados em fase de aproximação e inferior a 1/16 quando os genes estiverem ligados em fase de repulsão. Para o exemplo em consideração, verifica-se que: f(homozigoto recessivo) = f(enrolada, anãs) = 2/200=0,01 Como este valor é inferior a 1/16 (= 0,0625) conclui-se que trata-se de um F1, duplo- hetrozigoto com genes em repulsão, ou seja: Ab//aB Cálculo da distância entre os genes A distância entre os genes poderá ser calculada através das proporções esperadas, mostradas na tabela a seguir: Fenótipos Fase de Aproximação Fase de Repulsão A_B_ 0.75 - [d(2-d)/4] 0,5 + d²/4 A_bb d(2-d)/4 0,25 - d²/4 aaB_ d(2-d)/4 0,25 - d²/4 aabb 0.25 - [d(2-d)/4] d²/4 Assim, pode-se determinar a distância entre os genes através das expressões: a- Fase de aproximação d = 1 - 2Raiz[ f(aabb)] b- Fase de repulsão d = 2Raiz[ f(aabb)] Para o exemplo em consideração, tem-se: d = 2Raiz[ f(aabb)] = 2Raiz(2/200) = 20% = 20 centimorgans
  • 60. MUTAÇÕES CONCEITO Mutações gênicas são mudanças repentinas que ocorrem nos genes, ou seja, é o processo pelo qual um gene sofre uma mudança estrutural. As mutações distinguem-se das aberrações por serem alterações a nível de ponto, envolvendo a eliminação ou substituição de um ou poucos nucleotídeos da fita de DNA. ORIGEM Adição ou subtração de bases A adição ou subtração de bases altera o código genético, definido pela seqüência de três bases adjacentes no mRNA, e consequentemente poderá alterar o tipo de aminoácido incluído na cadeia protéica e, em última analise, poderá alterar a expressão fenotípica. Substituição de bases A substituição de uma purina (adenina e guanina) por outra purina, ou de uma pirimidina (citosina e timina) por outra pirimidina é denominada de transição. A substituição de uma purina por uma pirimidina, ou vice-versa é denominada de transversão. AGENTES MUTAGÊNICOS Os agentes mutagênicos são de natureza química ou física. A seguir é descrito alguns agentes e suas ações. Agentes Físicos a) temperatura Em determinados organismos a variação de 10ºC pode duplicar a taxa de mutação. b) Radiações b1) Ionizantes São os raios X, alfa, beta e gama. Atuam alterando a valência química, através da ejeção (expulsão) de elétrons. A taxa de mutação é geralmente proporcional à dosagem de irradiação (principalmente no caso de raio X). Esta regra se aplica à quantidade de danos mas não à qualidade. Uma única mutação poderá ser de importância vital para o
  • 61. organismo. No homem, quando a dosagem é inferior à 50 mR (miliroentgens) não se percebe qualquer lesão imediata, embora alguns efeitos nocivos ocultos possam ocorrer como a indução de leucemia e redução do tempo de vida. b2) Excitantes São os raios que atuam aumentando o nível de energia do átomo, tornando-os menos estáveis. O exemplo típico é a ultra violeta que provoca dímeros de timina através de ligações covalentes. Os raios ultra violeta não penetram tão bem quanto os raios X, mas são prontamente absorvidos por alguns pontos específicos do indivíduo. Agentes Químicos Existem várias substâncias químicas com efeito mutagênico, entre elas pode-se citar o HNO2, hidroxilamina e a cafeína. O ácido nitroso e a hidroxilamina (NH4)OH atuam provocando substituição de bases. A cafeína, por exemplo, é um derivado da purina; várias purinas foram indicadas como substâncias que causam quebras nos cromossomos de plantas e bactérias. Por este motivo, sempre houve grande interesse pela cafeína por causa da grande quantidade que o homem civilizado ingere através do chá ou café. Em experimentos com ratos não foi encontrado nenhuma quebra de cromossomos quando estes foram tratados com doses máximas toleráveis. Quando células humanas, em cultura de tecido, foram expostas a solução de cafeína, foram encontradas algumas quebras cromossômicas. Foi relatado que havia evidências de que a cafeína tem um efeito mutagênico fraco. Em bactérias descobriu-se que a adenosina, constituinte do ATP anulava a ação da cafeína e de outros derivados de purinas. Ela também reduz a quantidade de mutações espontâneas. ASPECTOS GERAIS Origem de novos alelos A mutação proporciona o aparecimento de novas formas de um gene e, consequentemente, é responsável pela variabilidade gênica. Entretanto, o processo de melhoramento, via mutação, não é muito usado por ser caro, trabalhoso e de resultado incerto. Em caso de necessidade, é mais fácil fazer uso da variabilidade genotípica obtida pelos processos meióticos, do que tentar gerar variabilidade gênica. Podem ser reversíveis As mutações podem se reverterem, mas a mutação nos dois sentidos não ocorrem com a mesma taxa. A reversão requer uma mudança especifica, mas a mudança original pode ocorrer em qualquer um dos nucleotídeos da estrutura do gene. Em mutações espontâneas tem sido verificado que u (taxa de mutação) é aproximadamente 10 vezes superior a v (taxa de retromutação).
  • 62. Mutações espontâneas vs induzidas As mutações serão ditas espontâneas quando as causas que deram origem à alteração no DNA são desconhecidas. Quando se conhece a causa diz-se que a mutação foi induzida. Em geral, as mutações espontâneas ocorrem em proporção de 1/10^6 a 1/10^5. Através da indução pode-se aumentar a freqüência da mutação, mas, de maneira geral, não se pode orientá-la, no sentido desejado. Um exemplo de uma mutação espontânea vantajosa é o cultivar de soja "Viçoja" mutante originado de plantações de soja. Nestas plantações surgiu uma planta mais alta, tardia e que não segregou dando origem, posteriormente, ao cultivar "UFV - 1". Podem ser recorrentes Como as mutações se repetem tanto no tempo como no espaço, podemos associá-las a determinadas taxas, e deduzirmos teoricamente o seu efeito como agente de alterações da freqüência gênica de uma população. Podem ser hereditárias A mutação será hereditária quando atingir uma estrutura gamética ou qualquer órgão que venha contribuir para a formação da geração descendente. Uma mutação somática poderá ser transmitida de geração após geração, quando a espécie em consideração contar com algum processo que permita a multiplicação da mutação na área somática. Este fato é freqënte quando a espécie contar com qualquer processo de propagação vegetativa. MUTAÇÕES E O MELHORAMENTO O processo evolutivo consiste basicamente em concentrar em uma população indivíduos com maior freqüência de genes favoráveis. Um organismo evoluído é resultante de um processo de seleção, no qual as mutações que lhe eram vantajosas foram preservadas. Portanto, para estes indivíduos é pouco provável que alterações aleatórias nos genes possam contribuir para melhorias, uma vez que o organismo já se encontra em estágio avançado de seleção. Assim, de maneira geral, considera-se que a maioria das mutações são prejudiciais. A mutação é responsável pela variabilidade gênica e por extensão pela variabilidade genotípica. Ela fornece a matéria prima para o processo evolutivo e, em algumas situações é fundamental para o melhoramento, cujo sucesso depende da existência de variabilidade. Entretanto, os organismos mais evoluídos apresentam uma grande diversidade de germoplasma (conjunto de DNA), que associado ao processo meiótico, tem fornecido materiais adequados às exigências dos programas de melhoramento. O uso de agentes mutagênicos é caro, trabalhoso e de resultado incerto. Seu uso tem se justificado quando não mais existe variabilidade no germoplasma.
  • 63. TAXA DE MUTAÇÃO O cálculo da taxa de mutação pode ser realizado para os diversos caracteres, avaliando- se cruzamentos específicos. Como ilustração será considerado o estudo da taxa de mutação do alelo a para A, que controla a cor da flor em uma espécie vegetal. Nesta espécie a condição A_ determina as flores vermelhas e aa as flores brancas. Cruzamento entre plantas de flores brancas, considerando a ocorrência de mutação de a para A igual a u, produzem descendentes com a seguinte freqüência genotípica e fenotípica: Brancas (aa) x Brancas (aa) Gametas A(u) a(1-u) A(u) AA u² Aa u(1-u) a(1-u) Aa u(1-u) aa (1-u)² Desta forma espera-se encontrar a seguinte relação fenotípica: Fenótipos Freqüência Vermelhas u²+2u(1-u) Brancas (1-u)² Como ilustração será considerado um experimento em que foi avaliada a descendência do cruzamento entre plantas de flores brancas. Foram observadas 498 plantas de flores brancas e duas vermelhas. Admitindo que as plantas de flores vermelhas são mutantes, pode-se considerar que: f(Observado de plantas de flores brancas) = 498/500 f(Esperada de plantas de flores brancas) = (1 - u)² Considera-se que: (1-u)² = 498/500 Obtém-se:
  • 64. u = 1/500 ALELOS MÚLTIPLOS CONCEITO Alelos são formas alternativas de um mesmo gene e que, consequentemente ocupam mesmo loco em cromossomos homólogos. Os efeitos genéticos destes alelos dependem de suas relações de dominância. Estes alelos têm origem nas mutações, que são capazes de causar alterações estruturais nos genes de tal forma que é possível ocorrer mais de um par de alelos para um determinado gene. Alelos múltiplos referem-se a uma série, constituída de três ou mais alelos, pertencentes a um mesmo gene e que ocorre dois a dois em um organismo diplóide. Nas células somáticas de um indivíduo diplóide pode existir dois alelos diferentes de uma determinada série, enquanto que no gameta existe apenas um. Assim, considerando uma série constituída de 8 alelos, existiriam na célula somática e gamética de um hexaplóide, 6 e 3 alelos, respectivamente e na de um tetraplóide, 4 e 2, respectivamente. SÉRIE EM COELHOS Um exemplo clássico de alelos múltiplos foi descoberto há muitos anos em coelhos. São conhecidos vários tipos de pelagem, condicionados por uma série constituída por 4 alelos. As classes genotípicas e fenotípicas são descritas a seguir: Genótipos Fenótipos CC Cc1 Cc2 Colorido Cc3 c1c1 c1c2 Cinza (mistura de preto e branco) c1c3 Himalaio (branco com extremidades escuras, c2c2 c2c3 com orelha, focinho, pata) c3c3 Albino Nesta série é observada a seguinte relação de dominância C > c1 > c2 > c3. Verifica-se também a ocorrência de a(a+1)/2 =10 diferentes genótipos na população.
  • 65. GRUPO SANGÜÍNEO ABO Desde muito tempo havia preocupações a respeito do sucesso da transfusão de sangue em certas pessoas. Em 1900-1901, K. Landesteiner, observou que quando o sangue de certas pessoas eram misturados ocorria no sangue do doador, a reação de aglutinação. Foi formulada a hipótese de que deveriam ter vários tipos de antígenos, sendo uns compatíveis e outros não. Posteriormente foi comprovada a hipótese de Landesteiner; ou seja, foi descoberto dois tipos de antígenos e dois tipos de anticorpos. Testes na população humana permitiu classificá-la nos diferentes grupos sangüíneos: Grupo Antígeno Antígeno Anticorpo Anticorpo Sangüíneo A B A B A P - - P B - P P - AB P P - - O - - P P P = presente, - = ausente Os antígenos são transportados pelos glóbulos vermelhos e os anticorpos existem no soro ou plasma. Com a descoberta destes vários grupos sangüíneos pode-se tirar dois tipos de informações. Informação médica - transfusões Refere-se a conhecimentos sobre a compatibilidade em transfusões de sangue. Na transfusão deve-se considerar os aspectos: a diluição do soro recebido e a circulação ativa do paciente. Assim, nas transfusões deve-se preocupar com a existência de anticorpos no receptor, pois os anticorpos do doador, em geral, tem seu efeito atenuado em razão da diluição e da circulação ativa do sangue do paciente. As seguintes transfusões de sangue são possíveis, além da doação dentro do mesmo grupo: Doador Receptor A Receptor B Receptor AB Receptor O A Sim Não Sim Não B Não Sim Sim Não AB Não Não Sim Não O Sim Sim Sim Sim Constata-se que o grupo sangüíneo O, por doar sangue para os demais grupos sem reação de incompatibilidade, é denominado doador universal e o AB, por receber sangue dos demais grupos, é denominado receptor universal.
  • 66. Informação genética A herança do grupo sangüíneo ABO pode ser explicada através de uma série de três alelos onde o alelo IA é responsável pela presença do antígeno A e anticorpo B, o alelo IB é responsável pela presença do antígeno B e anticorpo A e o alelo i é responsável pela ausência dos dois antígenos e presença dos dois tipos de anticorpos. Desta forma, tem-se o seguinte quadro de genótipos e fenótipos. Grupo Sangüíneo Genótipo A IAIA IAi B IBIB IBi AB IAIB O ii Trata-se de uma série de alelos múltiplos pois estão envolvidos três alelos. Entre estes alelos há relação de dominância completa (entre IA e i e entre IB e i) e de codominância (entre IA e IB). FATOR Rh Descoberta O fator Rh foi descoberto em 1940 por Landesteiner e A.S. Wiene em experimentos realizados com coelhos e macacos. Nos experimentos foi injetado sangue de um macaco do gênero Rhesus em cobaias, onde se obteve como resposta a formação de anticorpos capazes de aglutinar as hemácias provenientes do macaco. Herança do fator Rh na população humana Uma vez extraído os anticorpos das cobaias, eles foram testados na população humana. Nestes testes, foi verificado que parte da população humana apresentava reação de aglutinação enquanto que outra mostrava-se insensível. Os indivíduos que apresentavam reação de aglutinação com anticorpos foram denominados pertencentes ao grupo Rh+, os demais, que não apresentavam aglutinação, pertenciam ao grupo Rh-. Em estudos genéticos ficou comprovado que a herança do fator Rh é monogênica, sendo a presença do antígeno Rh condicionada a um alelo dominante (R) e a ausência pelo alelo recessivo (r). O anti-Rh não ocorre naturalmente na população humana.
  • 67. Grupo Genótipo Antígeno Rh Anti-Rh RH+ RR ou Rr Presente Ausente RH- rr Ausente Ausente (*) (*) Presente após ser sensibilizado em uma transfusão em que o sangue recebido é de RH+. Doações O anti-Rh não está presente naturalmente no sangue humano mas pode ser induzido na presença do antígeno Rh (fator Rh). As seguintes doações são possíveis: RH- pode doar para RH+ e para RH- RH+ pode doar para RH+ e Rh-. No último caso, apenas quando o Rh- não conta com anti-Rh. A transfusão de sangue do doador Rh+ para o receptor Rh-, não terá problemas na primeira vez, pois após a doação o receptor terá apenas anticorpos, uma vez que as hemáceas serão substituídas. Em transfusões posteriores os anti-Rh existentes por indução, provocarão uma reação contrária ao fator Rh estranho, com resultados clínicos bastante sérios. Doença Hemolítica do Recém-Nascido (Dhr) - Eritroblastose Fetal O problema genético Mulheres Rh- (rr) que se casam com homens Rh+ (RR ou Rr) podem dar origem a crianças Rh+. Como existe a possibilidade do sangue materno ser transferido para o feto, em razão de um defeito na placenta ou hemorragias durante a gestação e parto, há possibilidades de se formar, no organismo materno, o anti-Rh. As crianças de partos subsequentes, do grupo Rh+ podem apresentar sérios problemas. Os anticorpos produzidos na gestação anterior poderá atingir o sangue do feto e provocar a destruição de suas hemácias. Problemas apresentados pelas crianças com DHR Os seguintes problemas podem ocorrer: Morte intrauterina; morte logo após parto; anemia grave; crianças surdas ou deficientes mentais; icterícia (coloração amarela anormal devido ao derrame da bílis no corpo e no sangue, devido às bilirrubinas) e insuficiência hepática. Controle e amenização de risco da DHR
  • 68. Há algumas alternativas para contornar ou amenizar o problema decorrente do risco da eritroblastose fetal. Algumas delas encontram-se listadas a seguir: a) O médico pode conhecer a gravidade da situação antes que a criança nasça. Os testes de amostra do líquido amniótico extraído com agulhas pode indicar se o feto vai bem ou mal. Se o perigo for grande recomenda-se a cesariana, aborto ou transfusão de sangue logo após o parto. No último caso, a criança deve receber sangue Rh-, que posteriormente seria substituído pelo Rh+ original. b) Utilizar anticorpos incompletos. Este tipo de anticorpo não aglutina os glóbulos vermelhos do sangue Rh+. Em vez disto, os anticorpos anexam-se aos antígenos receptores, nas suas superfícies, e os revestem. Estes anticorpos incompletos podem ser injetados numa mãe Rh- imediatamente ao parto. Estes anticorpos incompletos são destruídos dentro de poucos meses e não apresentam qualquer perigo para a mãe ou suas gerações posteriores. c) O risco será menor se o homem apresentar genótipo heterozigoto. No Brasil uma mulher Rh- corre muito risco, pois a freqüência de indivíduos Rh+ é de 87%. d) Outro fator que diminui o risco do DHR é o fato de que certas mulheres não produzem anticorpos, mesmo sendo induzidas. Além disto, a penetração do sangue através da placenta até a circulação materna não ocorre com freqüência, sendo que a indução, em geral, ocorre por acidentes. e) Há de se considerar ainda o efeito protetor do sistema ABO. A mãe Rh- do grupo O, tendo um filho Rh+ do grupo A não será induzida a produzir anti-Rh, pois seu anti-A destruirá as hemácias do doador (feto) antes da indução. Nos casos em que a mãe é do grupo Rh+ e o filho é Rh- não há problemas para a mãe pois a produção de anticorpos pela criança só se inicia cerca de 6 meses após seu nascimento. GRUPO SANGÜÍNEO MN Em 1927, Landesteiner e Levine descobriram um outro grupo de antígeno nos glóbulos vermelhos no sangue. Estes antígenos foram denominados de M e N. Grupos da população humana são classificados em M, N ou MN se tiverem antígeno M, N ou ambos respectivamente. A razão da pouca importância desses tipos de antígenos M e N na transfusão de sangue é pelo fato destes antígenos serem fracos e incapazes de induzir a formação de anticorpos no organismo humano. Os anticorpos utilizados nos testes são obtidos em cobaias. Genótipos Antígeno M Antígeno N Fenótipo LM LM Presente Ausente M LM LN Presente Presente MN
  • 69. LN LN Ausente Ausente N MECANISMOS DE DETERMINAÇÃO DO SEXO INTRODUÇÃO O caráter sexo sempre foi tratado como tendo um tipo especial de herança, uma vez em qualquer cruzamento, para a maioria das espécies, o resultado apresentado pela progênie é sempre 1/2 macho : 1/2 fêmeas. A idéia da existência de vários mecanismos envolvidos na determinação do sexo resultou de vários e trabalhos envolvendo diferentes espécies vegetais e animais. Alguns dos trabalhos fundamentais foram realizados por Van Beneden em 1866, relatando que a fertilização deveria envolver a união de um espermatozóide e um óvulo. Estes resultados foram obtidos em experimentos realizados em coelhos. Hartwig (1876) descreveu o mesmo fato em experimentos envolvendo ouriço-do-mar. Henking (1891) apresentou as primeiras investigações que relacionaram cromossomos com determinação do sexo. Seus estudos, realizados com insetos, revelaram que metade dos espermatozóides recebiam uma determinada estrutura nuclear e a outra não. Ele denominou esta estrutura de corpúsculo X. McClung (1902) realizou estudos citológicos em diferentes espécies de gafanhotos e concluiu que as células somáticas das fêmeas tinha número de cromossomos diferente das células do macho e que havia associação entre a presença do cromossomo X e a determinação de sexo nestes insetos. Wilson trabalhando com insetos do gênero Protenor demonstrou que as fêmeas apresentavam 14 cromossomos em suas células somáticas e eram capazes de produzir gametas carregando 7 cromossomos. Os machos apresentavam 13 cromossomos em suas células somáticas e eram capazes de produzir gametas com 7 ou 6 cromossomos. A diferença do número de cromossomos era determinante do sexo. MECANISMO DOS CROMOSSOMOS SEXUAIS Macho heterogamético -Espécie humana e outros mamíferos Na espécie humana, e aparentemente em todos os outros mamíferos, a presença do cromossomo Y determina a masculinidade. Na espécie humana o sexo é definido da seguinte maneira:
  • 70. Sexo Célula Somática Célula Gamética Homem 44 autossomais + XY 22 autossomais + X ou Y Mulher 44 autossomais + XX 22 autossomais + X Macho heterogamético - Insetos: Percevejos (Hemípteros) e gafanhotos e baratas (Orthoptera) Neste caso o número de cromossomos X é o determinante do sexo. O sexo é caracterizado por: Fêmeas: - Apresentação um número par de cromossomos em suas células somáticas. - São do tipo XX + 2A. - Produzem apenas um tipo de gameta: A + X. Machos: - Apresentam um número ímpar de cromossomos em suas células somáticas. - São do tipo: 2A + XO. - Produzem dois diferentes gametas: (A + X) e (A). Também neste caso a proporção ½ macho: ½ fêmea é mantida pois os cruzamentos envolvem os indivíduos XX x XO. Fêmea heterogamética - Borboletas, mariposas e alguns peixes e aves Neste caso a determinação de sexo se assemelha a apresentada pela espécie humana, entretanto, neste caso, as fêmeas são heterogaméticas. Por motivo de clareza o cromossomo X passa a ser representado por Z e o Y por W. Os sexos são caracterizados por: Fêmeas - Constituição cromossômica: 2A + ZW - Produzem dois tipos diferentes de gametas: Machos - Constituição cromossômica: 2A + ZW - Produzem apenas um tipo de gameta: A + Z BALANÇO GÊNICO O mecanismo de determinação de sexo pelo balanço gênico é aplicável aos insetos do gênero Drosophila. Inicialmente imaginou-se que o mecanismo de determinação de sexo nestes insetos seria, semelhante ao apresentado pela espécie humana. Em observações citológicas em células somáticas constatou-se um conjunto diplóide de 8
  • 71. cromossomos (2x = 8), em que as fêmeas apresentam constituição cromossômica 2A + XX e os machos 2A + XY. Com base em observações em tipos sexuais, foi proposto que a determinação do sexo em Drosophila seria função de um índice sexual (Is) que é função do balanço entre cromossomos X e conjuntos autossomais, conforme descrito a seguir: IS = (Número de cromossomos X)/(Número de conjunto autossomais) Com base neste índice sexual o sexo seria determinado segundo a tabela abaixo: Índice Sexual (IS) Sexo < 0,5 Metamacho 0,5 Macho (0,5 - 1,0) Intersexo 1,0 Fêmea > 1,0 Metafêmea HAPLODIPLOIDISMO O haplodiploidismo é um complexo mecanismo de determinação de sexo descrito para Hymenopteros (formigas, abelhas e vespas). Nas abelhas o sexo masculino é definido pela condição haplóide (ou monoplóide) e os sexo feminino pela condição diplóide do indivíduo. As fêmeas, organismos diplóides, dependem da alimentação para adquirir fertilidade. A alimentação prolongada com geléia real possibilita a formação de rainhas que são responsáveis pela formação da colmeia. Série de alelos múltiplos em abelhas Em adição ao sistema haplodiplóide de determinação do sexo existe uma série de alelos múltiplos também envolvida nas manifestações sexuais. A série é representada por 12 alelos: S1, S2, ...... S12, e atua da seguinte maneira: a. Indivíduos resultantes da fertilização Heterozigotos (SiSj, para i diferente de j) serão fêmeas Homozigotos (SiSj para i = j) serão machos inviáveis. b. Indivíduos não fertilizados: Serão machos hemizigóticos. EFEITO DE GENES Neste caso a determinação do sexo não é determinada por cromossomos mas pela ação
  • 72. diferencial dos genes. A progênie, em relação ao sexo, é formada segundo as proporções mendelianas. Um exemplo refere-se a ação dos gene Ba/ba e Ts/ts no milho No milho estes genes atuam do seguinte maneira: Ba - : planta normal ba ba : planta com talo estaminado, mas sem espiga. Ts - : planta normal ts ts : planta com pendão substituído por uma estrutura pistilada. Do cruzamento entre plantas duplo heterozigotas (Ba ba Ts ts) surge na descendência: 9/16 de plantas normais (Ba_ Ts_) 3/16 de plantas unissexual masculina (ba ba Ts_) 3/16 de plantas unissexual feminina (Ba_ ts ts) 1/16 de planta unissexual feminina pouco produtiva (ba ba ts ts) EFEITO DO AMBIENTE Neste caso machos e fêmeas tem a mesma constituição genética, mas a diferenciação dos órgãos sexuais são dependentes de estímulos ambientais. Um exemplo de determinação do sexo através do ambiente é encontrado no verme marinho Bonellia viridis, em que o macho, bem menor que a fêmea, vive dentro do aparelho reprodutivo das fêmeas. A fêmea libera os ovos, já fertilizados, no meio aquático os quais depois de eclodidos, diferenciam-se em machos e fêmeas. Para sobreviverem os machos penetram, através da abertura superior da fêmea e atingem o ovário da mesma. As evidências de que a determinação do sexo é feita por estímulo do ambiente surgiu no seguinte experimento: Tratamento 1: Ovo colocado para eclodir em um ambiente aquático isolado. Neste caso todos os ovos eclodiram dando origem a apenas fêmeas. Tratamento 2: Ovo colocado para eclodir em ambientes contendo fêmeas adultas. Os ovos eclodiram dando origem a machos e fêmeas. Os machos migraram para o interior das fêmeas adultas. Tratamento 3: Ovos colocados para eclodir em ambiente que continha extrato de fêmeas. Os ovos eclodiram dando origem a machos e fêmeas. Os machos não sobreviveram pela ausência de fêmeas adultas. Neste experimento ficou demonstrado que as fêmeas surgem em qualquer situação, mas
  • 73. para a diferenciação do sexo masculino é necessário a presença da fêmea ou de substâncias produzidas por elas. ABEERAÇÕES SEXUAIS NA ESPÉCIE HUMANA Além do padrão normal 2A +XY e 2A + XX (A refere-se a um conjunto autossomal com 22 cromossomos) existem na população humana indivíduos com excesso ou falta de cromossomos sexuais, classificados como portadores de aberrações sexuais. Podem ser citados os seguintes exemplos: Síndrome de Klinefelter Trata-se da reversão sexual do indivíduo masculino em direção ao sexo feminino. Ocorre com uma taxa de 2 a 3 em cada 1.000 indivíduos. Os sintomas graves são: porte alto, tendência a feminilização, seios grandes, e retardamento mental. Entretanto alguns são imperceptíveis. Estes indivíduos podem se casar e a consumação pode ser efetuada de forma legal. A Constituição cromossômica é de 44 autossomais XXY. É considerado também o indivíduo XXYY. Indivíduos XXXY ou XXXXY são considerados como extremo de Klinefelter. A causa principal é a anomalia meiótica, por exemplo uma não- disjunção das cromátides tanto na ovogênese quanto na espermatogênese (em menor probabilidade). Síndrome de Turner Reversão sexual do indivíduo do sexo feminino em direção ao sexo masculino. Ocorre com uma taxa de 0,2 a 0,3 em cada 1.000 indivíduos. Como sintomas mais característicos destacam-se a estatura mais baixa, pescoço alado, e sub-fertilidade. A constituição cromossômica é 44 autossomais + XO. Síndrome XYY São indivíduos agressivos e de pouca inteligência. São comumente encontrados em hospícios e hospitais, entretanto a razão de serem encontrados também em prisões não está associada a taras sexuais. CROMATINA SEXUAL Em adição às várias distinções entre os sexos com relação aos cromossomos sexuais (tamanho, propriedades tinturiais, ativação gênica, etc.) existe também uma importante diferença no que diz respeito a coloração de núcleos somáticos. De acordo com Barr e Bertran, nas fêmeas de mamíferos, existe um local de coloração no núcleo que não é verificado nos machos. Estes sítios coloridos são denominados por: "corpúsculo de Barr", "corpúsculo de cromatina positiva" ou "cromatina sexual". O número de corpúsculos de Barr constatado em células somáticas em alguns indivíduos são:
  • 74. Indivíduo No. de corpúsculos Homem normal (XY) 0 Mulher normal (XX) 1 Síndrome de Klinefelter (XXY) 1 Síndrome de Turner (XO) 0 Extremo de Klinefelter (XXXY) 2 Síndrome XYY 0 Com as observações anteriores ficou constatado que: Nº de corpúsculo = Nº de cromossomo X - 1 De acordo com a hipótese apresentada por Lyon e Russel os corpúsculos seriam o resultado da inativação, compactação e heterocromatização de todos, exceto um, cromossomo X do indivíduo. Fêmeas de mamíferos (XX) devem apresentar um destes cromossomos inativo de maneira que o relacionamento de dosagem entre cromossomos sexuais eucromáticos e cromossomos autossomais seria o mesmo que nos tecidos somáticos dos machos. A heterocromatização é facultativa, ou seja, ocorre apenas em determinados estágios da célula. Assim, uma mulher de constituição cromossômica XX é capaz de formar óvulos contendo cromossomo X ativo. A inativação é casual. Uma mulher XmXp, onde Xm é o cromossomo X de origem materna e Xp é o cromossomo X de origem paterna pode apresentar, dependendo da célula somática, um ou o outro cromossomo X inativo. Na espécie humana a heterocromatização só é observada após o 16º dia de gestação. Este pequeno período de ativação do cromossomo X é suficiente para causar as variações encontradas entre um indivíduo XY e XXY. Um exemplo da inativação casual do cromossomo X é encontrado em gatos. Nestes animais o padrão de pelagem preto e amarelo é condicionado por um gene ligado ao sexo e o padrão branco por outro gene autossomal. As seguintes cores são verificadas: Fêmeas Machos XAY Preto (preto e XAXA Preta (preta e branca) branco) XAXB preta e amarela (preta, XBY Amarelo (amarelo amarela e branca) e branco) XBXB Amarela (amarela e branca)
  • 75. GINANDROMORFISMO Ginandromorfos são mosaícos sexuais no qual algumas partes do animal apresentam características femininas e outras masculinas. Em alguns casos tanto as genitálias e gônodas masculinas quanto as femininas podem estar presente no mesmo animal. A freqüência natural tem sido de 1/2000 ou 1/3000 moscas. Entretanto muitos destes ginandromorfos apresentam poucas secções revertidas. Os ginandromorfos bilaterais são mais raros. A freqüência pode ser aumentada quando o indivíduo apresenta um cromossomo X em anel (ligado pelas extremidades). Os ginandromorfos bilaterais tem sido explicados como uma irregularidade na mitose da primeira clivagem. Um exemplo interessante foi observado na descendência de cruzamentos envolvendo machos de olho barra e fêmea normal. O caráter forma do olho, regulado por um gene ligado ao sexo em que o "alelo" B determina o olho barra e o alelo recessivo b o olho normal. Foi considerado o seguinte cruzamento: fêmeas normal (XbXb) e macho barra (XBY). A descendência feminina foi do tipo XBXb. Uma anomalia no processo fez com que a célula zigótica originasse células com constituição cromossômica diferente em relação aos cromossomos sexuais. Foram formadas células XBXb e XbO, de tal forma que o indivíduo adulto era do tipo XBXb / XbO Assim, os tecidos e órgãos que tiveram origem de XBXb manifestavam características sexuais femininas e aqueles com origem em XbO, manifestavam características masculinas. Além das diferenças proporcionadas pelo padrão sexual, observa no ginandromorfo bilateral, originado do referido cruzamento, um olho barra (XBXb) e outro normal (XbO) Um ginandromorfo se diferencia de um intersexo quanto a origem e à constituição cromossômica. O ginandromorfo tem origem numa irregularidade mitótica, enquanto que o intersexo é formado por uma combinação gamética que resulta num índice sexual entre 0,5 e 1,0. O ginandromorfo apresenta em um mesmo indivíduo, células com diferentes números de cromossomos. No intersexo o número de cromossomos é constante para todas as células do indivíduo. HEREDITARIEDADE EM RELAÇÃO AO SEXO GENES LIGADOS AO SEXO CONCEITO
  • 76. Refere-se à herança de genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X (mamíferos, Drosophila, etc.) ou no cromossomo análogo Z. CARACTERÍSTICAS Os seguintes fatos são evidências de um herança ligada ao sexo: Herança cruzada em cruzamentos onde a fêmea é recessiva; Cruzamentos recíprocos com resultados diferentes; Herança do tipo avô-neto. Neste caso o fenótipo do avô desaparece na F1 e volta aparecer na F2. EXEMPLOS Cor de olhos em Drosophila Fenótipo Macho Fêmea Vermelho XB Y XBXB XBXb Branco Xb Y XbXb Daltonismo O daltonismo é um defeito na visão em que o indivíduo confunde cores. Comumente a confusão se faz entre o verde e o vermelho e daí o nome, dado em relação ao químico Dalton, que sofria desta anomalia. Este defeito é provocado por um alelo recessivo ligado ao sexo. Fenótipo Homem Mulher Normal XDY XDXD ou XDXd Daltônico XdY XdXd Hemofilia A hemofilia é uma anomalia na capacidade de coagulação do sangue, regulada por um alelo recessivo ligado ao sexo. É uma doença que causou grande mal às famílias reais européias, depois de ser introduzida pelos descendentes da rainha Vitória. Os sintomas apresentados pelo hemofílico são: hemorragia quer por ferimento ou não; sangramento
  • 77. de natureza de fluxo lento e persistente; sangramento duradouro. Pode durar semanas e então levar a uma anemia profunda. Verificou-se que a coagulação em tubo de ensaio poderia levar 30 minutos ou horas se o sangue fosse de um hemofílico. Com relação a este caráter são verificados os seguintes genótipos e fenótipos: Fenótipo Homem Mulher Normal XHY XHXH ou XHXh Hemofílico XhY XhXh Os zigotos hemofílicos femininos tem possibilidades teóricas para existirem, entretanto nunca foram convenientemente admitidos. Estes zigotos seriam formados a partir do casamento entre um homem XhY e uma mulher XHXh. A chance do homem hemofílico, vir a se casar é pequena e, mesmo que o casamento ocorra, a probabilidade de surgir uma mulher hemofílica é de apenas 25%. Alguns autores acham que mulheres XhXh viveriam no máximo até a primeira menstruação. BIRCH demonstrou que hormônios feminino tem efeito favorável na coagulação de sangue. Entretanto a aplicação destes hormônios em homens hemofílicos apresentou resultados duvidosos. GENES PARCIALMENTE LIGADOS AO SEXO CONCEITO É a herança daqueles genes localizados na região homóloga dos cromossomos X e Y. Este genes podem permutar-se durante o paquíteno já que se encontram nas regiões dos cromossomos sexuais que se pareiam. O genótipo apresentado pelo macho poderá ser: XAYA, XAYa, XaYA e XaYa. EXEMPLOS Retinite pigmentar A retinite pigmentar é uma degeneração da retina com depósito de substâncias melânicas levando à cegueira. É causada por um alelo dominante, parcialmente ligada ao sexo. Os seguintes genótipos são encontrados na população humana: Fenótipo Homem Mulher Retinite XRYR, XRYr e XrYR XRXR e XRXr Normal XrYr XrXr
  • 78. Como o gene localiza-se na região de homologia há possibilidade de formação de indivíduos recombinantes. Considerando o casamento entre um homem com retinite, de contituição cromossômica XrYR e uma mulher normal XrXr, constata-se que há possibilidade de serem formados homens normais XrYr e mulheres com retinite XRXr, em razão da união de envolvendo espermatozóides recombinantes com XR ou Yr. Xeroderma pigmentosum Anormalidade caracterizada por uma irritação na pele formando placas pigmentosas. Há formações cancerosas no corpo ou a presença de tumores malignos. A anormalidade gera também uma fotossensibilidade nos olhos à luz solar. Esta anormalidade é provocada por um alelo recessivo parcialmente ligado ao sexo. Fenótipo Homem Mulher Normal XPYP, XPYp e XpYP XPXp e XPXP Xeroderma XpYp XpXp GENES HOLÂNDRICO CONCEITO É a herança daqueles genes localizados no cromossomo Y, no segmento sem homologia. O cromossomo Y é o principal determinante da masculinidade na espécie humana e outros mamíferos. Nele deve estar contido os genes de efeito masculinizante. Afora esta possível ação masculinizante, pouco se conhece sobre os genes do Y, com algumas exceções no homem. Como o cromossomo Y é restrito aos machos, apenas este sexo apresentam tais características, sendo repassado de pais para filhos. EXEMPLOS Ictiose grave Este é um dos exemplos incluídos como gene holândrico, entretanto segundo STERN, não é a rigor, um caso conclusivo. Um cidadão inglês, Edward Lambert, nascido em 1917 tinha pelos longos e duros, a semelhança de cerdas de porco, e daí o nome que se lhe deu de "porco espinho". Ele casou-se e teve 6 filhos que também apresentavam a mesma característica. O fenótipo nunca foi encontrado em mulheres.
  • 79. Hipertricose auricular Tem sido considerado talvez o único exemplo, na espécie humana, de herança holândrica. A hipertricose é caracterizada pela presença de pelo no pavilhão auditivo, muito comum em homens indianos. GENES INFLUENCIADOS PELO SEXO CONCEITO Na herança influenciada pelo sexo o efeito do gene é afetado pelas características hormonais e fisiológicas do sexo em que se encontra. Um gene é influenciado pelo sexo quando ele age como dominante num sexo mas recessivo no outro. Assim, ocorre uma reversão de dominância em função do sexo do indivíduo, a qual é constatada pela variação de fenótipos apresentados pelos heterozigotos dos dois sexos. EXEMPLOS Calvície A calvície pode ter origem em vários fatores: seborréia, sífilis, distúrbio da tiróide etc. Entretanto a intensidade e alguns tipos de calvície pode ser hereditária. A calvície hereditária tem o seguinte mecanismo genético: Genótipo Homem Mulher BB Calvo Calva Bb Calvo Não calva Bb Não calvo Não calva Neste caso, o alelo B determina a calvície e o alelo b determina a persistência de cabelos. O alelo B domina b, quando em um genótipo do indivíduo do sexo masculino. Em indivíduos do sexo feminino o alelo b domina o alelo B. Pelagem de gado ayrshire Nesta raça de gado leiteiro o animal branco pode apresentar áreas (manchas) no pescoço que podem ter coloração vermelha ou castanha. Os seguintes alelos determinam a herança deste caráter: M1 = castanho M2 = vermelho Sendo que M1 domina M2 em organismos do sexo masculino, mas é dominado por M2
  • 80. nos indivíduos do sexo feminino. Assim, são verificados os seguinte fenótipos associados aos genótipos atribuídos ao gene M1/M2: Genótipo Macho Fêmea M1 M1 Castanho Castanho M1 M2 Castanho Vermelho M2 M2 Vermelho Vermelho Presença de chifres em carneiros Com relação a este caráter temos o seguinte mecanismo genético: H1 = com chifre H2 = sem chifre Neste caso, H1 domina H2 nos machos e H2 domina H1 nas fêmeas, conforme ilustrado no quadro a seguir: Genótipo Macho Fêmea H1 H1 Com chifre Com chifre H1 H2 Com chifre Sem chifre H2 H2 Sem chifre Sem chifre GENES LIMITADOS AO SEXO CONCEITO Neste caso um dos sexos apresenta um único fenótipo, para qualquer que seja seu genótipo. A segregação fenotípica ocorre apenas no sexo oposto. EXEMPLOS Asas de borboletas (gênero Colias) Neste exemplo a segregação fenotípica ocorre apenas no sexo feminino, no qual o alelo W determina as asas de cor branca e o alelo recessivo w determina asas de cor amarela. Os machos só se apresentam com asas amarelas.
  • 81. Genótipo Fêmeas Machos WW Branca Amarela Ww Branca Amarela ww Amarela Amarela Penas de galinhas Neste exemplo a segregação fenotípica ocorre apenas no sexo masculino. No sexo feminino, o fenótipo é o mesmo, independente do genótipo da ave. Genótipo Macho Fêmea HH penas de galinha penas de galinha Hh penas de galinha penas de galinha hh penas de galo penas de galinha O alelo H inibe a presença de penas masculinas quando em presença de hormônios sexuais masculinos. Se o galo Hh for castrado, o nível de hormônios masculino decresce e o efeito inibitório do alelo H desaparece, permitindo h manifestar-se e o galo passa, após castrado, ter penas de galos. LIGAÇÃO FATORIAL LIGAÇÃO GÊNICA MAPA CROMOSSÔMICO INTRODUÇÃO Os dados dos cruzamentos para estimação de distâncias, considerando apenas a segregação de dois genes, tendem a subestimar as distâncias verificadas entre os mesmos. Isto se dá devido à permuta dupla que ocorre e não é computada como uma classe distinta, mas é incluída nas classes paternais. O duplo-heterozigoto em fase de aproximação (AB//ab), por exemplo é capaz de produzir gametas contendo AB quando não existir permuta (classe paternal) ou quando ocorrer uma permuta de ordem par (2, 4, 6 etc permutas entre os dois genes) entre seus
  • 82. locos. Assim, a classe que se considera como paternal inclui também indivíduos recombinantes que deveriam ser incluídos no cálculo da distância entre os genes. ORDEM ENTRE TRÊS GENES A ordem dos genes é determinada comparando-se as classes paternais, reconhecidas pela sua maior freqüência, e as classes originadas de uma permuta dupla, reconhecidas pela sua menor freqüência, obtidas a partir do cruzamento entre o triíbrido e um testador. Considerando o triíbrido ABC//abc pode-se verificar que, entre os oito tipos de gametas diferentes por ele produzido, os gametas P paternais diferem dos de permuta dupla Rd pelo gene que ocupa a posição intermediária. Indivíduo: A B C // a b c Tipos Gametas P ABC P abc Rd AbC Rd aBc Para determinar a ordem entre três genes deve-se ressaltar os seguintes aspectos: - A ordem A/a - B/b - C/c é idêntica à ordem C/c - B/b - A/a. - Como existem 2 classes paternais e 2 de permuta dupla é possível fazer quatro comparações. Todas as comparações nos levam à mesma conclusão. - Nas comparações, aquela que tiver comportamento contrário às outras duas corresponderá ao gene que ocupa a posição intermediária. DISTÂNCIA ENTRE GENES Após estabelecida a ordem dos genes identifica-se, em função do genótipo do progenitor, as classes originárias de permutas simples na região 1 (R1) e 2 (R2). Através da avaliação da freqüência de recombinação que ocorre numa e noutra região determina-se a distância referente a cada região. O genótipo do triplo-heterozigoto é identificado pelos gametas do tipo paternal. Assim, tem-se: Indivíduo: A B C // a b c
  • 83. Tipos Gametas P ABC P abc Rd AbC Rd aBc R1 aBC R1 Abc R2 ABc R2 abC Uma vez identificadas as classes P, R1, R2 e Rd, calculam-se as distâncias pelas expressões: d(A/a-B/b) = [100(R1 +R1 + Rd + Rd)]/total d(B/b-C/c) = [100(R2 +R2 + Rd + Rd)]/total d(A/a - C/c) = d(A/a - B/b) + d(B/b - C/c) Para o exemplo tem-se: COINCIDÊNCIA E INTERFERÊNCIA A interferência é o fenômeno pelo qual a ocorrência de permuta em uma região é capaz de reduzir a taxa de permuta na região adjacente. A ocorrência de um crossing-over num dado segmento cromossômico é um evento casual, mas a sua distribuição não é. A chance de ocorrer permuta em duas regiões adjacentes simultaneamente, não pode ser obtida pelo produto da probabilidade de ocorrer permuta na região 1, expresso pela distância nesta região e a probabilidade de ocorrer permuta na região 2, pois são eventos dependentes ou interrelacionados. Pelas razões expostas, tem sido verificado que a taxa de crossing-over duplo esperada (CODE) é sempre superior à taxa de crossing-over duplo observado (CODO). Os seguintes parâmetros podem ser definidos: CODE = (d1)(d2)/100 CODO = [100(Rd+Rd)]/TOTAL A coincidência é definida por: co = CODO/CODE
  • 84. A interferência é dado pelo complemento aritmético: I = (CODE - CODO)/CODE = 1 - co Uma situação oposta existe no fago T4 e no fungo Aspergilus. A ocorrência de permuta em uma região tende aumentar a probabilidade de ocorrência de permuta nas regiões vizinhas. Neste caso o coeficiente de coincidência é superior a unidade e a interferência é negativa. APLICAÇÃO Como exemplo é considerado a análise da descendência do cruzamento teste envolvendo uma planta de milho triplo-heterozigoto em relação aos seguintes genes: A/a : folha sem brilho/brilhante B/b : folha verde/virescente C/c : pendão normal/parcialmente estéril A descendência foi formada por: Observado Brilho da folha Cor da Folha Pendão 235 Sem brilho Verde Normal 62 Brilhante Verde Parc. Estéril 40 Sem brilho Verde Parc. Estéril 4 Sem brilho Virescente Parc. Estéril 270 Brilhante Virescente Parc. Estéril 7 Brilhante Verde Normal 48 Brilhante Virescente Normal 60 Sem brilho Virescente Normal Assim, são obtidas as seguintes informações: Ordem entre os genes É obtida comparando as classes P e Rd. Quatro comparações são possíveis: P = sem brilho verde normal Rd = sem brilho virescente parc. estéril
  • 85. comparação : = # # P = sem brilho verde normal Rd = brilhante verde normal comparação : # = = P = brilhante virescente parc. estéril Rd = sem brilho virescente parc. estéril comparação : # = = P = brilhante virescente parc. estéril Rd = brilhante verde normal comparação : = # # Conclusão : A ordem é B/b - A/a - C/c ou C/c - A/a - B/b Genótipo do genitor É reconstituído pelos gametas paternais, identificados na ordem correta, conforme ilustrado a seguir: Gameta Tipo Observado Brilho da folha Cor da Folha Pendão BAC P 235 Sem brilho Verde Normal Bac - 62 Brilhante Verde Parc. Estéril BAc - 40 Sem brilho Verde Parc. Estéril bAc Rd 4 Sem brilho Virescente Parc. Estéril bac P 270 Brilhante Virescente Parc. Estéril BaC Rd 7 Brilhante Verde Normal baC - 48 Brilhante Virescente Normal bAC - 60 Sem brilho Virescente Normal Conlusão : O genótipo do genitor é : B A C // b a c Distância entre os genes
  • 86. Como base no genótipo do genitor identificam-se as classes R1 e R2. Assim, tem-se: Gameta Tipo Observado Brilho da folha Cor da Folha Pendão BAC P 235 Sem brilho Verde Normal Bac R1 62 Brilhante Verde Parc. Estéril BAc R2 40 Sem brilho Verde Parc. Estéril bAc Rd 4 Sem brilho Virescente Parc. Estéril bac P 270 Brilhante Virescente Parc. Estéril BaC Rd 7 Brilhante Verde Normal baC R2 48 Brilhante Virescente Normal bAC R1 60 Sem brilho Virescente Normal As distâncias são dadas por: d1 = [100( R1 + R1 + Rd + Rd)]/TOTAL = [100(62 + 60 + 4 + 7)]/726 = 18,319 centimorgans d2 = [100( R2 + R2 + Rd + Rd)]/TOTAL = [100(40 + 48 + 4 + 7)]/726 = 13,636 centimorgans Crossig-over duplo observado - CODO CODO = [100( Rd + Rd)]/TOTAL = [100( 4 + 7)]/726 = 1,515 % Crossig-over duplo esperado - CODE CODE = [(d1)(d2)]/100 = [(18,319)(13,636)]/100 = 2,498% Coincidência e Interferência CODE = [(d1)(d2)]/100 = [(18,319)(13,636)]/100 = 2,498% co = CODO/CODE = 1,515/2,498 = 0,6 I = 1 - Co = 1 - 0.6 = 0.4 USO DO MAPA CROMOSSÔMICO
  • 87. Com os dados do mapa cromossômico pode-se predizer a descendência do cruzamento considerando os genes ligados. Neste caso, é fundamental que os gametas sejam estabelecidos de forma correta e suas freqüências sejam apropriadamente estimadas. As freqüências dos gametas podem ser estabelecidas considerando os oito tipos de gametas: 2 paternais, 2 de permuta simples na região 1 (entre o primeiro e segundo genes), 2 de permuta simples na região 2 (entre o segundo e terceiro gene) e 2 de permuta dupla. As freqüências destes gametas são P, R1, R2 e Rd, respectivamente. Neste caso admite-se serem conhecidas as disâncias (d1 e d2) e a interferência entre as regiões cromossômicas (I), como exemplificado a seguir: A/a, B/b e C/c. d(A/a - B/b)=d1 = 10 ud d(B/b - C/c)=d2 = 20 ud Ordem: A/a - B/b - C/C Coincidência = co = 0.8 Assim, inicia-se por estimar Rd, considerando um total de 100 gametas, e as expressões: Crossing-over duplo esperado na hipótese de interferência nula CODE = (d1 x d2)/100 = (10 x 20)/100 = 2% Crossing-over duplo a ser observado Refere-se à freqüência de permuta dupla que se espera observar na descendência, admitindo a ocorrência de permuta. CODO =(1-I)CODE = coCODE = 0,8 x 2 = 1,6% em que: I : interferência cromossômica co : coincidência = 1 - I Valor da freqüência do duplo-recombinante (Rd) Neste caso, utiliza-se a expressão: Rd = CODO/2 = 0,8% Valor da freqüência do recombinante simples R1
  • 88. Para o cálculo de R1, tem-se: R1 =(d1 - CODO)/2 =(10 - 1,6)/2 = 4,2% Valor da freqüência do recombinante simples R2 Para o cálculo de R2, tem-se: R2 =(d2 - CODO)/2 =(20 - 1,6)/2 = 9,2% Valor da freqüência do gameta paternal (P) É obtido por diferença: P = [100 - 2(R1 + R2 + Rd)]/2 = 35,8 Gametas de um triplo-heterozigoto - EX : AbC//aBc Gametas Tipo Freqüência AbC P 35,8% aBc P 35,8% ABc R1 4,2% abC R1 4,2% Abc R2 9,2% aBC R2 9,2% ABC Rd 0,8% abc Rd 0,8% PROBABILIDADE DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL PROBABILIDADE Dado um acontecimento A, sendo nA o numero de casos favoráveis relativo a sua realização e ñA o número de casos contrários a probabilidade de A pode ser definida como: p(A) = nA/(nA + ñA) De outra forma, a probabilidade é a razão entre o número de maneiras igualmente provável de um evento ocorrer e o número igualmente provável de todos acontecimentos ocorrerem.
  • 89. PROPRIEDADES O cálculo da probabilidade de um evento A deve satisfazer as seguintes propriedades: a) 0 (menor ou igual) P(A) (menor ou igual) 1 b) P(S) = 1, sendo S o conjunto de todos os resultados possíveis ou universo. c) P( ) = 0 Como ilustração é considerado a cor dos olhos na espécie humana, em que a condição A- determina olhos castanhos e aa determina olhos azuis. Do casamento entre genitores heterozigotos(Aa x Aa), formam-se: Fenótipo Descrição Probabilidade Meninos de olhos castanhos XY A- P(XY) P(A-) = ½ x ¾ = 3/8 Meninos de olhos azuis XY aa P(XY) P(aa) = ½ x ¼ = 1/8 Meninas de olhos castanhos XX A- P(XX) P(A-) = ½ x ¾ = 3/8 Meninas de olhos azuis XX aa P(XX) P(aa) = ½ x ¼ = 1/8 LEIS DE PROBABILIDADE Lei da soma para eventos mutuamente exclusivos Eventos mutuamente exclusivos são aqueles cuja ocorrência de um elimina a possibilidade de ocorrência do outro. Neste caso a probabilidade de ocorrência de um ou outro evento é expressa por: P(A ou B) = P(A) + P(B) Exemplo: No casamento especificado, será estimada a probabilidade de nascer um menino de olhos castanhos ou uma menina de olhos azuis. Assim, tem-se: P(A) = P(menino de olhos castanhos) = 3/8 P(B) = P(meninas de olhos azuis) = 1/8 P(A ou B) = P(A) + P(B)= 3/8 + 1/8 = 1/4 Lei da soma para eventos mutuamente exclusivos
  • 90. Neste caso podemos definir a seguinte expressão de probabilidade P(A ou B) = P(A) + P(B) - P(A e B) Exemplo: No casamento especificado, será estimada a probabilidade de nascer um menino ou uma criança de olhos azuis. Assim, tem-se: P(A) = P(menino) = 1/2 P(B) = P(olhos azuis) = 1/4 P(A e B) = P(meninos de olhos azuis) = 1/8 P(A ou B) = P(A) + P(B ) - P(A e B) = 1/2 + 1/4 - 1/8 A necessidade de subtrair a probabilidade de meninos de olhos azuis na P(A ou B) pode ser constatada pois tanto a valor P(menino) quanto P(olhos azuis) inclui a possibilidade de sair menino de olhos azuis, consequentemente esta probabilidade estaria sendo somada duas vezes caso não houvesse aquela subtração. Lei do produto para eventos independentes Dois eventos são independentes quando a probabilidade de ocorrer B não é condicional à ocorrência de A. A expressão que define a lei do produto para eventos independentes é a seguinte: P(A e B) = P(A) . P(B) Exemplo: Em uma família será estimada a probabilidade do ser menino e ter olhos azuis. P( menino e olhos azuis) = P(menino) . P(olhos azuis) =(1/2)(1/4) = 1/8 Lei do produto para eventos dependentes (ou condicionais ou ligados) Neste caso temos a seguinte expressão de probabilidade: P(A e B) = P(A) . P(B/A) = P(B) . (P(A/B) Será considerado agora o gene que deteramina o daltonismo na espécie humana. Trata- se de um gene ligado ao sexo, em que: Mulheres normais : XD XD ou XD Xd Mulheres daltônicas : Xd Xd Homens normais : XDY Homens daltônicos : XdY
  • 91. Considerando o casamento entre uma mulher normal, portadora, e um homem normal, tem-se as descendências: Gametas XD Y XD XD XD XD Y Xd XD Xd Xd Y Conclui-se que: P(menino) = P(menina) = ½ P(Normal) = ¾ P(Daltonismo) = ¼ Exemplo: No casamento especificado, será estimada a probabilidade de nascer uma menina daltônica. Verifica-se, neste caso, que: P(menina daltônica) # P(menina) x P(daltônica) Ao contrário, tem-se: P(menina daltônica) = P(menina) x P(daltonica/menina) = ½ x 0 = 0 DISTRIBUIÇÃO BINOMIAL Utilização A distribuição poderá ser empregada na determinação da probabilidade quando no evento especificado se deseja calcular a probabilidade de uma acontecimento composto estabelecido por vários eventos. Neste caso, os eventos que constituem o acontecimento devem ser independentes e a ordem dos eventos, dentro do acontecimento, não influencia o cálculo da probabilidade. Em muitas outra situações é necessário a reposição dos dados, para que se possa usar a distribuição binomial ou multinomial. Conceito Entende-se por distribuição binomial como sendo aquela em que os termos da expansão do binômio (ou multinômio) correspondem às probabilidades de todos os eventos possíveis do espaço amostral. O binômio (ou multinômio) é formado pelas probabilidades de cada acontecimento elevado ao número total de ocorrências. Ilustração
  • 92. Para exemplificar será considerado o exemplo dos bovinos, considerando três nascimentos. A probabilidade de sair um animal sem chifre é igual a S (S = ¾) e a probabilidade de sair com chifre igual a C (C = ¼). Assim, tem-se as seguintes situações; Acontecimentos 1o. Animal 2o. Animal 3o. Animal Probabilidade 3 Com chifres Com Com Com C³ Com Com Sem 2 Com e 1 Sem chifres Com Sem Com 3C²S Sem Com Com Com Sem Sem 1 Com e 2 Sem chifres Sem Com Sem 3CS² Sem Sem Com 3 Sem chifres Sem Sem Sem S³ A seqüência C³ + 3C²S + 3CS² + S³ tem dois significados: a) Cada elemento corresponde a uma probabilidade de um evento do espaço amostral. Sendo probabilidade, se verifica: C³ + 3C²S + 3CS² + S³ = 1 b) Corresponde a expansão do binômio: (C + S)³ = C³ + 3C²S + 3CS² + S³ = 1 DISTRIBUIÇÃO MULTINOMIAL A obtenção da probabilidade através da expansão do binômio apresenta inconvenientes quando o valor de n (número total de ocorrências) é relativamente grande. A expansão do binômio resultará em n + 1 termos e, consequentemente, é impraticável obte-los para n relativamente grande e, para se obter a probabilidade de um evento é necessário conhecer a probabilidade de todos os outros que constituem o espaço amostral. Outro aspecto de dificuldade ocorre quando se tem vários eventos, estabelecendo-se, portanto, um multinômio. Para contornar os problemas, pode-se estimar as probabilidades utilizando-se o termo
  • 93. geral da distribuição multinomial. Este procedimento é mais adequado pois permite estimar a probabilidade do evento desejado sem ser necessário conhecer qualquer outro termo do multinômio. O termo geral é expresso por: em que, ni = número de ocorrências do evento i N = = número total de ocorrências pi = probabilidade de ocorrência do evento i TESTE DE PROPORÇÕES GENÉTICAS QUI-QUADRADO INTRODUÇÃO Entre os testes de avaliação de hipóteses genéticas o teste de x² tem se mostrado bastante útil e eficiente, pois leva em consideração os desvios ocorridos entre valores previstos e observados e é sensível ao tamanho da amostra. A variável aleatória e contínua v, que tem distribuição de x² é definida como sendo o quadrado da variável u de distribuição normal reduzida ou seja: v = u² Como u tem média zero 0 e variância 1,0, a variável v necessariamente passa pela origem e, por ser o quadrado de u, será sempre positiva ou nula. TESTE DE HIPÓTESE NÍVEL DE SIGNIFICÂNCIA PRÉ-ESTABELECIDO Neste caso, para se testar uma hipótese genética, é necessário obter duas estatísticas denominadas x² calculado e x² tabelado. O x² calculado é obtido a partir dos dados experimentais, levando-se em conta os valores observados e aqueles que seriam esperados dentro da hipótese genética formulada. O x² tabelado depende dos graus de
  • 94. liberdade e do nível de significância adotado. A tomada de decisão é feita comparando- se o valor do x² obtido com base nos resultados observados com o valor do x² apresentado nas tabelas. As seguintes decisões devem ser tomadas: Se x² calc > ou = x² tab => Rejeita-se Ho Se x² calc < x² tab => Não se rejeita Ho Ho refere-se à hipótese formulada à respeito do caráter que se está estudando. Assim, rejeita-se uma hipótese quando a máxima probabilidade de erro ao rejeitar aquela hipótese for baixa (alfa baixo). Ou, quando a probabilidade dos desvios terem ocorrido pelo simples acaso é baixa. O valor do x² é tabelado é encontrado em vários livros de estatística e são obtidos para um determinado nível de significância (alfa) e certos graus de liberdade. Os graus de liberdade, na maioria das vezes, é igual ao número de classes fenotípicas menos 1.0. O nível de significância (alfa) representa a máxima probabilidade de erro que se tem ao rejeitar uma hipótese. O valor do qui-quadrado a ser comparado com o tabelado pode ser calculado através da ao lado. Como ilustração será considerado o cruzamento entre plantas de frutos alongados, resultando a descendência: Fenótipos Observado Alongados 860 Achatados 280 Ovais 350 Redondos 110 Será testada a hipótese de que o caráter é regulado por 2 genes com interação não- epistática, segregando na proporção 9:3:3:1. Assim, tem-se: Fenótipos Observado Esperado O-E (O-E)²/E Alongados 860 900 -40 1,7777 Achatados 280 300 -20 1,3333 Ovais 350 300 50 8,3333 Redondos 110 100 10 1,0000
  • 95. Obtém-se o valor do qui-quadrado calculado pela expressão: x²calc = [(860-900)²/900] + [(280-300)²/300] + [(350-300)²/300] + [(110-100)²/100] = 12,44 Os graus de liberdade são : GL = n-1 = 4-1 = 3. Adotando-se o nível de significância igual a 5%, encontra-se em uma tabela de qui-quadrado, o seguinte valor: x² = 7,81 G.L. 0.99 0.95 0.80 0.50 0.20 0.05 1 0.0001 0.004 0.06 0.46 1.64 3.84 2 0.02 0.10 0.45 1.39 3.22 6.00 3 0.11 0.35 1.00 2.34 4.64 7.81 4 0.29 0.71 1.65 3.36 5.99 9.49 Conclui-se, portanto, que a hipótese é rejeitada ao nível de significância estabelecido, pois x²cal (= 12,44) é menor que x²tab (= 7,81) NÍVEL DE SIGNIFICÂNCIA ESTIMADO O uso de um nível de significância pré-estabelecido é questionável, pois é estabelecido de forma arbitrária. Não leva em consideração a característica que está sendo estudada e nem a qualidades dos dados experimentais. Assim, o mais apropriado é tornar o nível a incógnita a ser estimada, sendo útil no processo de tomada de decisão e de comparação entre diferentes ensaios. Para o exemplo em consideração em que os graus de liberdade são 3 e o x²calc = 12,44 , pode-se estimar o nível de significância por intervalo, usando uma tabela. Para este caso, verifica-se que o nível (alfa) é menor que 0,05. Outra maneira é utilizando recursos computacionais em que a função de probabilidade do teste Qui-quadrado está disponível. Tem-se neste caso: alfa = nível de significância = 0,6018% Trata-se de um valor pequeno, indicando que a probabilidade de erro, ao rejeitar Ho é inferior a 0,6%, indicando a provável falsidade da hipótese. QUI-QUADRADO - UTILIZAÇÃO E LIMITAÇÕES O teste de qui-quadrado aplicável às análises de resultados genéticos tem as seguintes
  • 96. vantagens e limitações: Vantagens É sensível aos desvios definidos entre valores previstos e observados e ao tamanho da amostra. O teste exige que, quanto maior for o tamanho da amostra, menor deverá ser os desvios para que a hipótese não seja rejeitada. Limitações O teste deve ser utilizado somente nos dados numéricos do experimento e nunca em proporções ou em porcentagens. O teste não pode ser corretamente aplicado em experimentos nos quais a freqüência esperada de qualquer classe fenotípica seja menor que cinco. O teste deverá apresentar correções para amostras de tamanho pequeno. A expressão de qui-quadrado dada anteriormente é aplicável à variável v de distribuição contínua. Entretanto em vários experimentos estão envolvidas apenas um número reduzido de classe fenotípicas definindo, consequentemente, uma distribuição discreta. É necessário uma correção na expressão do qui-quadrado afim de se corrigir a falta de continuidade. A correção de Yates para continuidade é dada por: Esta expressão é recomendada quando existe somente um grau de liberdade e a freqüência prevista para alguma classe fenotípica situa-se entre 5 e 10. CITOGENÉTICA VARIAÇÕES NUMÉRICAS INTRODUÇÃO A citogenética é uma ciência especializada da genética que estuda a relação entre os eventos celulares, especialmente aqueles relacionados aos cromossomos, com os eventos genéticos e fenotípicos. Entre os assuntos mais detalhados pela citogenética encontram se os estudos sobre as variações numéricas e estruturais dos cromossomos. Cada espécie apresenta um número característico de cromossomo. Na grande maioria os organismos superiores são diplóides e, consequentemente, apresentam 2x cromossomos em suas células somáticas e x nas células gaméticas. Entretanto encontram-se, não raramente, certos indivíduos com número de cromossomos alterados em relação ao estado diplóide. Assim, numa população de milho, cujo genoma é representado ror 10 cromossomos, pode-se encontrar plantas com 18, 19, 21, 30, 40 cromossomos, dentre outros. Os indivíduos, com relação à variação numérica, se classificam em:
  • 97. a. Aneuplóides b. Euplóides ANEUPLÓIDES CONCEITO São que apresentam um conjunto de cromossomos que não corresponde a um múltiplo exato do genoma da espécie. TIPOS DE ANEUPLÓIDES A tabela a seguir apresenta alguns diferentes tiros de aneuplóides com suas respectivas fórmulas de número de cromossomos. Na tabela é considerado uma espécie de referência cujo genoma é representado por três cromossomos, tais como ABC. Aneuplóide Fórmula Exemplo Exemplo na espécie humana Nulissômico 2X - 2 (AB) (AB) 22 pares Monossômico 2X - 1 (ABC)(AB) 45 (22pares + 1) Trissômico 2X + 1 (ABC)(ABC)(A) 47 (23pares + 1) Duplo-trisômico 2X +1 + 1 (ABC)(ABC)(A)(B) 48 (23pares + 1 + 1) Monossômico-tris 2X-2 l + 1 (ABC)(AB)(A) 46 (22pares + 1 + 1) Tetrassômico 2x + 2 (ABC) (ABC) (A) (A) 48 (24pares) DESCRIÇÃO DE ALGUNS ANEUPLÓIDES a. Nulissômico Indivíduo com variação numérica de cromossomo, que se caracteriza por apresentar um par de cromossomo à menos em relação ao diplóide normal. b. Monossômico Indivíduo que apresenta um cromossomo a menos em relação ao diplóide normal. Na espécie humana, a síndrome de Turner é um exemplo de monossomia. c. Trissômico Indivíduo que apresenta um excesso de um cromossomo em relação ao diplóide. Na espécie humana temos como exemplo a síndrome de Klinefelter e a síndrome de Down. A síndrome de Down, foi descrita por DOWN, em 1866, e se caracteriza pelo excesso
  • 98. do cromossomo 21. O indivíduo com este tido de síndrome apresenta debilidade mental, feições semelhante à asiática (mongolismo) e apenas uma linha no quinto dedo. d. Tetrassômico Indivíduo que apresenta um par de cromossomos a mais em relação ao diplóide. USO DE ANEUPLÓIDES EM ESTUDOS GENÉTICOS A utilização de aneuplóides em estudos genéticos tem sido principalmente para localizar ou identificar o cromossomo a que um determinado gene pertence. Para este fim é necessário ter à disposição uma série de monossômicos (ou nulissômicos). Série monossômica é um conjunto de populações em que cada uma apresenta monossomia para um determinado cromossomo. Assim, para uma população de milho onde o genoma é representado por 10 cromossomos, deve-se ter estoque com monossomia para o cromossomo 1, outro estoque para o cromossomo 2, e assim por diante, até o estoque monossômico para o cromossomo 10. Será considerado, como ilustração, que em uma população, cujo genoma é representado por quatro cromossomos, surgiu uma forma recessiva de um gene (a) e que se deseja saber em qual cromossomo este gene está localizado. Para isto deve-se fazer o cruzamento deste indivíduo com os estoques monossômicos e através da análise de segregação na progênie pode-se facilmente identificar o cromossomo a que o gene pertence. A seguir é apresentado um exemplo de identificação de cromossomo através do uso de uma série monossômica: Indivíduo Normal Estoque Monossômico Genótipo F1 aa 10 22 33 44 AA Aa aa 11 20 33 44 AA Aa aa 11 22 30 44 A Aa:a (pseudo-dominância) aa 11 22 33 40 AA Aa 0 : significa a ausência do cromossomo. A progênie F1 em que manifesta o fenótipo recessivo, por pseudo- dominância, é identificada e utilizada para reconhecer o cromossomo a que pertence o gene estudado. Pseudo-dominância é a manifestação de fenótipo recessivo em população supostamente portadora de alelo dominante. Ocorre em razão de deficiências e, ou, perda de cromossomos. Será considerado agora que se deseja identificar o cromossomo a que pertence a forma homozigota B . Neste caso, deve-se realizar os seguintes cruzamentos:
  • 99. Indivíduo Normal Estoque Monossômico Genótipo F1 F2 BB 10 22 33 44 bb Bb 3B_1bb BB 11 20 33 44 b Bb:B (3B_:1bb)(1B_) BB 11 22 30 44 bb Bb 3B_:1bb BB 11 22 33 40 bb Bb 3B_:1bb Neste caso, a progênie F2 em que se manifesta segregação fenotípica diferenciada é que deve ser identificada e utilizada como indicativo do cromossomo a que pertence o gene estudado. EUPLÓIDES CONCEITO O termo euplóide é aplicado aos organismos que apresentam conjunto de cromossomos igual a um múltiplo exato do número básico da espécie. TIPOS DE EUPLÓIDES A seguir é apresentada a fórmula cromossômica referente a vários tipos de euplóides e exemplos tomando como referência uma espécie cujo genoma é representado pelos cromossomos A, B e C. Tipos Fórmula Exemplo Monoplóides x (ABC) Poliplóides Triplóides 3x (ABC) (ABC) (ABC) Autotetraplóide 4x (ABC)(ABC)(ABC)(ABC) Alotetraplóide 2x + 2x' (ABC)(ABC)(A'B'C')(A'B'C) EFEITOS FENOTÍPICOS DE POLIPLÓIDES As seguintes manifestações fenotípicas estão associadas aos poliplóides: - Formação de órgãos vegetativos gigantes. Devido a esta particularidade a poliploidia tem merecido grande atenção por parte dos floricultores e horticultores. Exemplos bem sucedidos de poliploidia na floricultura são encontrados no cravo-de-defunto, boca-de- leão, dentre outros. Formação de órgãos reprodutivos gigantes e de melhor qualidade. As maçãs poliplóide apresentam frutos maiores e de textura de melhor qualidade. Os milhos poliplóides são mais vigorosos e produzem 20% a mais de vitaminas que o milho normal.
  • 100. Fator de incorporação de resistência a doenças e outras qualidades desejáveis. A espécie Nicotiana tabaco é sensível ao vírus TMV mas a espécie N glutinosa e hipersensível, o alotetraplóide resultante do cruzamento destas espécies apresenta também a hipersensibilidade. DESCRIÇÃO DE ALGUNS EUPLÓIDES a. Monoplóides A monoploidia, é mais freqüentemente encontrada em certos organismos inferiores tais como fungos. Em organismos superiores a monoploidia é rara e quando ocorre está associada a indivíduos de baixo vigor. Alguns exemplos de monoploidia já estabelecida é encontrada em abelhas e vespas. O termo monoplóide distingue-se do termo haplóide pois este é aplicável ao estado gamético do indivíduo. b. Poliplóides Metade dos gêneros das plantas contem poliplóides, sendo que nas gramíneas cerca de 2/3 são poliplóides. Entretanto, a poliploidia é rara nos animais. b.1. Triplóides Os triplóides se caracterizam pela esterilidade (ou sub-fertilidade) devido o processo de gametogênese ser irregular resultando gametas desbalanceados. Os seguintes exemplos podem ser citados: Certos tipos de maçãs são triplóides e suas características são perpetuadas por enxerto e brotamento. Flores de tulipa que são perpetuadas por propagação vegetativa. Melancias 3x, produzidas a partir do cruzamento entre plantas 2x e 4x, não apresentam sementes e são mais doces. Peixes triplóides que devido a esterilidade apresentam maior conversão alimentar. b.2. Autopoliplóide O prefixo auto e utilizado quando o poliplóide em questão apresenta as seguintes características: Um autopoliplóide é aquele no qual o correspondente diplóide é uma espécie fértil , que reúne genomas idênticos e que apresenta apenas associações multivalentes na meiose. Alguns exemplos são: a) trigo: Triticum monococcum é diplóide (2x = 14) e de baixa produtividade, mas o T. dicoccum é tetraplóide e apresenta grãos grandes e duros os quais são usados na produção do macarrão. b) Tomateiros com número de cromossomos acima de 2x são maiores e produzem frutos mais saborosos que os diplóides. b.3. Alopoliplóides b.3. Alopoliplóides O prefixo alo e usado quando o poliploíde apresentar as seguintes características: contém genomas duplicados de um híbrido mais ou menos estéril; apresenta associações bivalentes durante a meiose, comportando-se, em termos de segregação, como um diplóide normal e reúne, em suas células, genomas de diferentes
  • 101. espécies. Exemplos: Raphanus sativus (rabanete, 2x = 18) X Brassica oleracea (brócoli, 2x' = 18) F1 : Híbrido (± estéril) (x + x') F2 : Raphanobrassica (2x + 2x') Infelizmente o alotetrapoliplóide raphanobrassica apresenta folhagens de rabanete e raiz de brócoli, não tendo valor de importância comercial. Spartinna alterniflora (origem EUA)(2x = 60) X Spartina anglica(origem França e Inglaterra)(2x' = 62) F1 : Híbrido (± estéril) (x + x') F2: Spartina maritima(2x + 2x') = 122 Primula floribunda(2x = 18) X Primula verticilata(2x' = 18) F1 : Híbrido (± estéril) (x + x') F2: Primula kewensis (2x + 2x' = 36) Primula verticilata Algodão velho mundo (2x = 26 Cr. grandes) X Algodão americano (2x' =26 Cr. Pequenos) F1 : Híbrido (± estéril) (x + x') F2: Algodão novo mundo (2x + 2x' = 26G + 26P) POLIPLÓIDES EM ANIMAIS Apesar da poliploidia ser freqüente em vegetais ela é relativamente rara em animais. As razões para este fato são apontadas a seguir: Os animais, em geral, contam com mecanismos de cromossomos sexuais na determinação do sexo. Entretanto a adição de cromossomos sexuais (X e Y) levam à perda de vigor, debilidades físicas e mentais esterilidade (ou sub-fertilidade). Em geral os animais não apresentam mecanismos de propagação assexual para estabilização do híbrido interespecífico. Exceção é encontrada no camarão de água salgada (Artemia salina) que mostra evidências de poliploidia e apresenta como meio de estabilidade a propagação por partenogênese. A hibridação interespecífica é muito difícil em função da anatomia, estrutura de grupo e cios apresentados pelos animais. Tem sido citados como exemplo de híbridos interespecífico a mula (jumento com égua), o pintagol (canário comum com belga), dentre outros. VARIAÇÕES ESTRUTURAIS INTRODUÇÃO
  • 102. As variações estruturais englobam os estudos das deficiências, duplicações, inversões e translocações. Estas variações podem conduzir a variações fenotípicas interessantes, muitas vezes prejudiciais ao desenvolvimento e adaptação do indivíduo. Muitas delas podem ser detectadas a partir de estudos meióticos, evidenciando o pareamento cromossômico que se torna irregular pela variação do padrão normal. DEFICIÊNCIAS Deficiência, é o tipo de aberração onde ocorre a ausência de segmentos cromossômicos envolvendo um ou mais genes. Os seguintes tipos ocorrem: a. Homozigota terminal Uma deficiência é homozigota quando ocorre em um cromossomo e no seu homólogo. Ela é terminal quando o segmento cromossômico ausente faz parte da extremidade do cromossomo. b. Homozigota intercalar (intersticial) Uma deficiência é intercalar quando envolve a perda de um segmento intermediário. Apesar de envolver duas quebras a grande maioria das deficiências identificadas são do tipo intercalar. c. Heterozigota terminal Uma deficiência é heterozigota quando ocorre em apenas em cromossomo, não ocorrendo no homólogo. Apresenta uma sinapse anômala, exibindo um monofilamento na estrutura bivalente. d. Heterozigota intercalar Uma deficiência heterozigota intercalar quando envolve a perda de um segmento intermediário em apenas um dos cromossomos. Apresenta uma sinapse anômala, exibindo uma alça no pareamento. DUPLICAÇÕES Diz respeito a existência de segmento cromossômicos repetidos ao longo de um determinado cromossomo. É um fenômeno anormal, ao contrário da replicação que ocorre nas interfases da divisão celular, mitótica ou meiótica. Alguns segmentos do cromossomo, quando duplicados portam-se como dominantes e alguns casos como recessivos. Outros mostram herança intermediária e outros tem efeito cumulativo. Tem-se os seguinte tipos de duplicações:
  • 103. a. Homozigota terminall Uma duplicação homozigota e terminalquando ocorre em um cromossomo e no seu homólogo e o segmento cromossômico duplicado faz parte da extremidade do cromossomo. b. Homozigota intercalar (intersticial) Uma duplicação é homozigota e intercalar quando envolve a duplicação de um segmento intermediário em ambos os homólogos. c. Heterozigota terminal Uma deficiência é heterozigota terminal quando ocorre em apenas em cromossomo, não ocorrendo no homólogo e envolve um segmento da extremidade cromossômica. Apresenta uma sinapse anômala, à semelhança das duplicações. d. Heterozigota intercalar Uma duplicação heterozigota intercalar ocorre quando envolve a duplicação de um segmento intermediário em apenas um dos cromossomos. Apresenta uma sinapse anômala,à semelhança das duplicações. INVERSÕES São aberrações cromossômicas em que um determinado segmento cromossômico sofre uma quebra e são reinseridos em ordem inversa. Apresentam os seguintes tipos: a. Homozigota paracêntrica A inversão ocorre no cromossomo e no seu homólogo. O centrômero localiza-se fora do segmento invertido. b. Homozigota pericêntrica O centrômero localiza-se dentro da região invertida. A inversão envolve os dois cromossomos do par de homólogos. c. Heterozigota paracêntrica A inversão ocorre apenas em um dos cromossomos do par de homólogos. O centrômero localiza-se fora do segmento invertido. Apresenta uma sinapse anômala, caracterizada pela formação de alça e laço cromossômico. d. Heterozigota pericêntrica A inversão ocorre apenas em um dos cromossomos do par de homólogos. O centrômero
  • 104. localiza-se dentro do segmento invertido. Apresenta uma sinapse anômala, caracterizada pela formação de alça e laço cromossômico. TRANSLOCAÇÕES São aberrações onde ocorrem transferência de segmentos cromossômicos entre cromátides de cromossomos não homólogos. São dos seguintes tipos: Simples homozigotas A translocação é unidirecional e ocorre nos dois cromossomos do par de homólogos. Simples heterozigota A translocação é unidirecional e ocorre em apenas um dos cromossomos do par de homólogos. Apresenta uma sinapse anômala, envolvendo cromossomos não-homólogos na associação. Recíproca homozigota A translocação é bidirecional e ocorre nos dois cromossomos do par de homólogos. Recíproca homozigota ou heterozigota A translocação é bidirecional e ocorre em apenas um dos cromossomos do par de homólogos. Apresenta uma sinapse anômala, exibindo configurações em forma de cruz. Os gametas formados dependem do tipo de segregação: a. Alternada b. Adjacente I c. Adjacente II A segregação adjacente II é menos freqüente pois permite que centrômero de cromossomos homólogos se localizem em um mesmo gameta. Devido a este fato a porcentagem de gametas estéreis e inferior a 2/3. GENÉTICA MOLECULAR IDENTIFICAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
  • 105. Em 1866 Mendel descreveu os genes através dos seus efeitos finais tais como os fenótipos. Pelos experimentos de Mendel, e de outros pesquisadores, ficou definido que os genes levam a informação genética de uma geração para outra e, apesar de não ser visto ou delimitado fisicamente, deveriam apresentar as seguintes propriedades: - Replicação: processo que permite ao gene produzir outras unidades iguais a si próprio. - Transcrição: Processo pelo qual a informação genética, é transferida para o local apropriado (ribossomo) e é traduzido. - Tradução: Processo pelo qual são produzidas as proteínas a partir de uma seqüência de nucleotídeos. Após Mendel, os genes foram definidos quimicamente e foram conhecidos pelo que realizam na síntese protéica e não a nível de expressão fenotípica. Miescher (1869-71) publicou metodologia, que permite separar o núcleo do citoplasma. Do núcleo ele extraiu uma substância denominada nucleína, hoje conhecida por ácido nucléico, que se caracterizava por ter alta acidez, apresentava grande quantidade de fósforo e não continha enxofre. Mais tarde descobriram que a nucleína estava associada, a vários tipos de proteínas formando a nucleoproteínas. Da porção protéica foi constatado dois tipos de proteínas: a. Protaminas: Proteína de estrutura simples, consistindo na maioria das vezes de grupos do aminoácido arginina. Esta proteína está presente no esperma de peixes e aves. b. Histona: Proteínas relativamente complexas de ocorrência mais ampla. Embora os peixes e as aves não sejam as mais complexas das criaturas parece difícil aceitar a idéia de que o material genético destes organismos seja a protamina. Ela, constituída quase apenas de arginina, não deveria ser capaz de originar os outros 20 aminoácidos conhecidos. Também é pouco aceitável que o material genético seja a histona, até a formação de uma protamina. Griffith (1928) apresentou as primeiras evidências de que o DNA é o material genético. As evidências surgiram em experimentos realizados com bactérias do gênero Pneumococus. Muitas linhagens ou tipos de pneumococus (Diplococcus pneumoniae) podem ser distinguidos por diversas características: Caracterização Virulenta Avirulenta Colônia Lisa (S) Rugosa (R) Capa protéica Presente Presente O experimento realizado por Griffith é resumido a seguir:
  • 106. Tratamento Resultado ratos · Tipo II R injetado em ratos sobreviveram · Tipo III S morto pelo calor injetado em ratos rato sobreviveram · Tipo III S morto pelo calor mais o tipo II ratos morreram R injetado em ratos A mudança não poderia ter surgida por mutação pois um mutante deveria ser da mesma linhagem genética do tipo III, entretanto foi o tipo II (com capa protéica) que adquiriu a propriedade de causar a doença tal como o tipo III. Algum fator das bactérias do tipo III S estava aparentemente sendo transferido para os cocus vivos (tipo II) de tal forma que o tipo II avirulento, transformara-se em cocus virulentos. Este fenômeno foi conhecido como "efeito Griffith" ou "transformação". Avery, MacLeod e McCarty (1944) publicaram resultados de extensas investigações durante um período de 10 anos. Ele fizeram, em condições de laboratório, experimentos semelhante ao de Griffith. Avery et al relataram que ao colocar em um tubo de ensaio bactérias II R (avirulenta), extrato de DNA do tipo III S (virulenta) mortas pelo calor e soro que precipitava as bactérias do tipo II R, foram recuperadas as colônias de bactérias do tipo III S. Estes experimentos identificaram o DNA como material genético. Assim, quando o DNA extraído de uma linhagem é introduzido em células de outra linhagem, os organismos receptores desenvolveram características da linhagem doadora. Desta forma, conclui-se que: - O DNA é o material genético em D. pneumoniae. - O DNA atua como agente que especifica produção de um produto final. DNA E RNA Constituição química do DNA e RNA Quando o ácido nucléico foi separado da proteína muitos pesquisadores, especialmente Levene, mostraram que ele poderia ser quebrado em pequenas partes denominadas de nucleotídeos. Cada nucleotídeo contém: Caracterização DNA RNA 1. Açúcar Desoxiribose Ribose 2. Grupo Fosfatro H3PO4 H3PO4 3. Bases Piridiminas: Piridiminas:
  • 107. nitrogenadas Citosinas e Citosinas e Uracil Timinas Purinas Purinas Adenina e Adenina e Guanina Guanina Chargaff, em seus estudos, apresentou várias informações a respeito da molécula de DNA. Identificou-se que ocorre ligações entre a pirimidina citosina e purina guanina e entre a pirimidina timina e a purina adenina. As ligações envolvem duas pontes ente A e T e três entre G e C. Também constatou a seguinte relação: (C+A)/(G+T) =1 Diferenças entre DNA e RNA O DNA se diferencia do RNA nos seguintes aspectos: a. O açúcar do DNA é a desoxiribose enquanto que o do RNA é a ribose. b. O DNA contém a timina e o RNA a uracil. c. O DNA é um filamento duplo e o RNA é um monofilamento. d. O DNA apresenta uma molécula longa e o RNA uma molécula curta Modelo do DNA segundo Watson e Crick Watson e Crick propuseram um modelo de DNA cujos princípios físicos derivaram das figuras de difração de raios X produzidas por Wilkins e Astracan, usando DNA isolado. Os princípios químicos derivaram principalmente dos trabalhos apresentados por Chargaff e seus associados. Segundo Watson e Crick, o DNA apresenta as seguintes características: a. O DNA é uma hélice dupla helicoidal. b. O enrolamento da hélice é para a direita. c. Os longos filamentos externos relativamente rígidos, são constituídos de fósforo (P) e açúcar (A). d. No sentido transversal os filamentos menos rígidos são constituídos por bases orgânicas (purinas e pirimidinas) unidas, por pontes de hidrogênio. e. O comprimento de uma volta completa, na espiral envolve cerca de 10 nucleotídeos (34 angstron) Associação entre DNA e Histonas
  • 108. As histonas formam um complexo juntamente com os grupos fosfatados do DNA carregados negativamente. As histonas são carregadas positivamente, sendo conhecidas por "proteínas básicas". As cargas positivas são fornecidas por uma alta proporção de aminoácidos lisina e arginina. Algumas histonas são denominadas "rica. em lisina" e outras "ricas em arginina". Em geral são encontradas somente nos organismos em que a diferenciação celular ocorre (eucariotas). São distinguidos, em função da proporção lisina/arginina, cinco diferentes tipos de histonas (H1, 2 H2A, 2 H2B e 2 H3). A complexação das histonas além de causar um aumento do diâmetro do DNA, de cerca de 20 a 30 angstron, muda também as propriedades físicas do DNA. A temperatura de fusão (temperatura na qual os fios de DNA mudam da forma de hélice dupla regular para a forma de fio simples) é bastante aumentada. Replicação do material genético O modelo de replicação do DNA é dito ser semi-conservativo, ou seja, uma fita de DNA dá origem a outras duas sendo que, cada uma delas apresenta um filamento da fita original. A replicação ocorre na intérfase da divisão celular e é dirigida pela enzima DNA polimerase. Na replicação as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas se rompem e a enzima DNA polimerase cataliza a adição de novos nucleotídeos complementares às bases expostas de tal maneira que duas novas fitas de DNA sejam formadas. . O RNA - Ácido ribonucléico O RNA é encontrado tanto no núcleo quanto no citoplasma. Tem sido reconhecido vários tipos de RNA: a. RNA mensageiro - mRNA É o RNA envolvido pela transcrição da informação genética contida no DNA, no núcleo, e condução da mesma até os sítios ribossômicos.
  • 109. b. RNA transportador - tRNA Caracteriza-se por ser um RNA pequeno, contendo cerca de 75 a 85 nucleotídeos e por assumir uma forma de trevo. Sua função principal é a de conduzir os aminoácidos requeridos na síntese protéica até as subunidades do ribossomo. c. RNA ribossômico - rRNA Entra na composição do Ribossomo. Sua função não é bem definida. FUNÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO Garrod (1900), médico inglês, deu os primeiros passos para evidenciar a ação dos genes. Este pesquisador estudou a alcaptonúria, uma doença hereditária caracterizada pela coloração escura na urina. Para esta doença foi observado que o escurecimento era conseqüência do acúmulo de ácido homozentízico (alcapton) o qual, nos indivíduos normais, era decomposto através de reações enzimáticas, de tal maneira que havia excreção de ácido acético. Constatou-se ainda que dietas com tirozina e fenilalamina aumentava a manifestação de sintomas. Os trabalhos decisivos sobre a função do gene foram apresentados por Beadle e Tatum que propuseram a teoria "um gene - uma enzima". As idéias principais do trabalho realizado por estes autores foram: a. Todos os processos bioquímicos dos organismos estão sob controle genético. b. Os processos bioquímicos ocorrem numa seqüência de reações individuais. c. Cada reação simples é controlada por um gene simples. d. Cada gene atua através do controle e produção de uma enzima específica. Na atualidade esta teoria apresenta as seguinte falhas: a. Um gene pode especificar a síntese de uma cadeia polipeptídica que não apresenta nenhuma função enzimática (Ex.: Hemoglobina). b. Uma enzima pode ser constituída por mais de uma cadeia polipeptídica (Ex.: RNA polimerase é constituída por várias cadeias e, consequentemente, esta sob o controle de vários genes. c. Um gene pode controlar a atividade de uma enzima especificada por outro gene (Ex.: sítio operadores, repressores, etc.). BASES FISIOLÓGICAS DA DOMINÂNCIA E RECESSIVIDADE
  • 110. De acordo com a teoria "um gene - uma enzima" os genes agem através da produção de enzimas, sendo que cada gene é responsável pela produção de uma enzima específica. Por este princípio podemos explicar as bases fisiológicas da dominância e recessividade segundo uma determinada via biossintética. Assim, tem-se: Dominância completa Neste caso a quantidade de enzimas produzidas pelo heterozigoto Aa, embora geralmente menor que a produzida pelo homozigoto AA, é suficiente para produção do mesmo produto final de AA. Dominância. incompleta Neste caso a menor quantidade de enzimas normal produzida pelo heterozigoto Aa, em relação ao homozigoto AA, resulta em uma menor quantidade de produto final que pelo efeito de dosagem confere um fenótipo diferente do produzido pelo homozigoto AA. Codominância Neste caso o complexo enzimático produzido por Aa, dado a contribuição de A e de a, é diferente da enzima produzida por AA e consequentemente o produto final será diferente daquele produzido por AA. Neste caso a qualidade de enzima é o fator crítico. CÓDIGO GENÉTICO Definição de código genético Sabe-se que o DNA, que se encontra no núcleo, tem a função de produzir proteínas cuja síntese ocorre no núcleo. O DNA é uma seqüência de nucleotídeos e que existe apenas quatro tipos diferentes de nucleotídeos: os nucleotídeos da adenina, da guanina, de timina e da citosina. Por outro lado, as proteínas são polímero de subunidades (monômeros) denominadas de aminoácidos. Cada aminoácido engloba um grupo amino (NH2) numa extremidade e um grupo carboxila (COOH) na outra. Vinte tipos diferentes de aminoácidos ocorrem nas proteínas. Diante do exposto surge a seguinte pergunta: quantos nucleotídeos seriam necessários para codificar um aminoácido? Para responder a esta perguntas é necessário o seguinte raciocínio matemático: - Se 1 nucleotídeo codificasse um aminoácido só poderia existir 4 diferentes tipos de aminoácidos na cadeia protéica. - Se 2 nucleotídeos codificassem um aminoácido só poderia existir 16 tipos de aminoácidos diferentes na cadeia protéica. - Se 3 aminoácidos codificassem um aminoácido seria possível existir 64 tipos diferentes de aminoácidos na cadeia protéica logo, por matemática, um código tríplice é
  • 111. a menor unidade de codificação capaz de acomodar os 20 diferentes tipos de aminoácidos que comumente ocorrem nas proteínas. Atualmente definimos o CODON como sendo uma seqüência de três nucleotídeos adjacentes no mRNA capaz de codificar um aminoácido. Decifração do código genético Estudo s foram realiza dos permiti ndo constat ar que o código genétic o represe ntado por sessent a e quatro codons mRNA, sessenta e um dos quais codificam para aminoácidos e três para terminação em cadeia. Três dos que codificam aminoácidos são identificados também como iniciadores. São evidenciadas as seguintes características do código genético: Código genético redundante ou degenerado O código genético é dito degenerado pelo fato de existir, para um determinado aminoácido, mais de uma trinca para codificá-lo. Apenas a metionina (Met) e o triptofano (Trp) são codificados por um único codon, representados por AUG e UGG, respectivamente. A glicina (GLY), por exemplo, é codificada por GGG, GGC, GGA e GGU. Trincas sem sentido ou terminalizadoras São aquelas trincas que não codificam aminoácidos e que tem por função indicar o término da síntese protéica. São também denominados trincas terminalizadoras. Ex.: UAG, UAA, UGA. Código genético universal
  • 112. O código genético é dito universal devido ao fato da mesma trinca codificar o mesmo aminoácido em qualquer organismo. Em alguns casos certas trincas são mais eficientemente utilizadas. SÍNTESE DE CADEIA POLIPEPTÍDICA A síntese protéica envolve as seguintes etapas: Transcrição e Tradução Transcrições Processo que ocorre no núcleo da célula, no qual a mensagem genética é passada do DNA para uma fita de mRNA, com auxílio da ação catalítica da enzima RNA polimerase. A informação do DNA é transcrita em uma seqüência codificada do mRNA, através do uso, com gabarito, de um filamento do DNA. Até hoje, o mecanismo de seleção do filamento apropriado ainda é desconhecido. O mRNA transcrito solta-se do modelo de DNA e desloca-se do núcleo para o citoplasma. Após o mRNA se desacoplar, as pontes de hidrogênio que haviam-se desfeitas voltam-se a ligar. A enzima RNA polimerase tem as seguintes funções: a. Reconhecer as bases do DNA. b. Selecionar os ribonucleotídeos apropriados. c. Catalizam a formação de ligações entre os ribonucleotídeos. d. Escolhe o filamento correto a ser transcrito. A RNA polimerase é constituída de 6 cadeias polipeptídicas (2 alfa, beta, beta', gama e sigma), sendo que o fator sigma é o responsável pela transcrição no local e fio correto. Tradução A tradução é um processo que ocorre no citoplasma da célula, no qual a mensagem trazida pela fita de mRNA é traduzida em uma seqüência de aminoácidos. O processo de tradução envolve as seguintes etapas: a. Após a chegada da fita de mRNA no citoplasma, ocorre a complexação das subunidades do ribossomo (nos procariotas o ribossomo é 70 s = 50 s + 30 s, e nos eucariotas é de 80 s = 50 s + 40 s) com esta fita. Polissomos é a denominação que se dá à complexação de vários ribossomos a uma mesma fita de mRNA. No caso da síntese da hemoglobina, os ribossomos reunem-se em 4 ou 5 polissomos.
  • 113. b. É iniciado a leitura e tradução da fita de mRNA. Nos procariotas, em geral, a primeira trinca a ser lida (fator de inicialização) é a AUG, que corresponde à metionina formilada (As trincas GUU, GUC, GUA e GUG que corresponde à metionina formilada (as trincas GU, GUC, GUA, GUG, que corresponde à valina também são fatores iniciadores), enquanto que nos eucariotas o primeiro aminoácido é também a metionina mas não formilada. Nem todas as proteínas iniciam com a metionina (ou valina) e isto se dá pelo fato da proteína final ser o resultado de uma reestruturação, incluindo quebras, da estrutura linear de aminoácido. Após a leitura da trinca ocorre a transferência do aminoácido requerido para os sítios ribossômicos. Este transporte é realizado pelo tRNA. No tRNA é encontrado o anti- codon, que é uma seqüência de três bases adjacentes complementares ao codon do mRNA. c. O tRNA penetrando por uma abertura da subunidade 50S, ocupa o sítio aminoacil. Pela ação da enzima translocase o tRNA ativado passa para o sítio peptidil, permitindo a leitura, pelo complexo ribossomo-mRNA, da trinca consecutiva. d. Após a leitura da nova trinca um novo tRNA é ativado e deslocado do suco citoplasmático para o sítio aminoacil do complexo levando o aminoácido requerido pela proteína. e. Pela ação da enzima peptidil transferase o aminoácido (ou seqüência de aminoácidos) que pertencia ao tRNA do sítio peptidil é transferido e ligado ao aminoácido acoplado ao tRNA do sítio aminoacil. f. O tRNA desativado, que ocupa o sítio peptidil, deixa o complexo ribossomo-mRNA podendo ser novamente ativado quando se fizer necessário. g. Novamente, pela ação da enzima translocase, o tRNA ativado passa do sítio aminoacil para o sítio peptidil permitindo a leitura de uma nova trinca. A leitura da nova trinca implica em ativação de um outro tRNA. h. O processo é continuado até que todos os aminoácidos necessários para a confecção da proteína estejam ligados. A última trinca lida na fita de mRNA deverá ser um fator de terminalização (UAA, UAG ou UGA) que não codifica nenhum aminoácido mas indica o término da síntese protéica. i. A síntese protéica termina com a desativação do complexo ribossomo-mRNA, a desativação do tRNA e formação da proteína que ainda se encontra em forma linear. Para adquirir a especificidade é necessário que esta estrutura primária atinja uma estrutura terciária ou quaternária. GENÉTICA DE POPULAÇÕES ESTRUTURA GENÉTICA DE UMA POPULAÇÃO
  • 114. Uma população é a reunião de famílias com diferentes genótipos. O conhecimento da estrutura genética de uma população é indispensável ao melhorista para realizar sobre ela mudanças em magnitude e sentido desejado. A estrutura da população é definida pela freqüência dos alelos que compõem os diferentes genótipos das diferentes famílias. Considerando apenas o gene A/a, define-se uma população de tamanho n como sendo aquela constituída de n1 indivíduos AA, n2 Aa e n3 aa, tal como ilustrado no quadro a seguir: Genótipos Nº de indivíduos Freqüência AA n1 D = n1/n Aa n2 H = n2/n aa n3 R = n3/n Total n 1 n = n1 + n2 + n3 D + H + R = 1,0 As freqüências dos alelos A e a, na população, podem ser obtidas por meio das expressões: f(A) = p = (2n1 + n2)/2n = D + ½H f(a) = q = (2n3 + n2)/2n = R + ½H p + q = 1,0 Como exemplo, será considerada a seguinte população: Genótipos Nº de indivíduos Freqüência AA 200 D =0,2 Aa 400 H = 0,4 aa 400 R = 0,4 Total 1000 1 A partir destes valores, obtém-se: p = f(A) = 0,2 + ½ (0,4) = 0,4
  • 115. q = f(a) = 0,4 + ½ (0.4) = 0,6 FATORES QUE ALTERAM FREQÜÊNCIA GÊNICA Os seguintes fatores podem ser utilizados para alterar a freqüência gênica de uma população: Processos Sistemáticos São aqueles cuja alteração na freqüência gênica podem ser conhecidas, tanto em termos de magnitude quanto em direção. Considera-se como processos sistemático a seleção, migração e mutação. Processos Dispersivos São aqueles em que é possível conhecer apenas a magnitude da alteração da freqüência mas não a direção em que ela foi alterada. Como processo dispersivo é considerado a oscilação genética ou amostragem. EQUILÍBRIO DE HARDY-WEINBERG Em uma população suficientemente grande e na ausência de seleção, migração e mutação, o equilíbrio é atingido após uma geração de acasalamento ao acaso ("aaa"), de tal maneira que a relação genotípica torna-se igual ao quadrado da freqüência gênica e, com as sucessivas gerações de acasalamento ao acaso, permanece inalterada. Será considerada uma população original com genótipos AA, Aa e aa, nas freqüências D, H e R, respectivamente. As freqüências alélicas são p e q, para A e a, respectivamente. Considerando que ocorre acasalamento ao acaso ("aaa") entre os indivíduos desta população, pode-se predizer a descendência, conforme ilustrado a seguir: Cruzamento em Po Freqüência Pop1 - AA Pop 1 - Aa Pop 1 - aa AA x AA D² D² - - AA x Aa 2DH DH DH - AA x aa 2DR - 2DR - Aa x Aa H² H²/4 H²/2 H²/4 Aa x aa 2HR - HR HR aa x aa R² - - R² Total 1,0 (D+ ½H)²=p² 2(D+ ½H)(R+ ½H)=2pq (R+ ½H)²=q²
  • 116. sendo, portanto, f(A) = p1 = D + ½ H = p2 + ½ 2pq = p f(a) = q1 = R + ½ H = q2 + ½ 2pq = q A relação genotípica da descendência é dada por (pA + qa)² AVALIAÇÃO DE EQUILÍBRIO Um estudo de grande importância é avaliação da existência da condição de equilíbrio numa determinada população. Caso isto ocorra, é indicativo que a mesma não está sujeita à pressão de seleção, o fluxo de migração e a mutação são desprezíveis. Tendo-se informações sobre as freqüências genotípicas, pode- se verificar as condições de equilíbrio, como ilustrado a seguir: Genótipos Num. Observado Freqüência AA 100 0,6756 Aa 28 0,1891 aa 20 0,1351 Com os dados disponíveis, estimam-se as freqüência gênicas, como descrito a seguir: f(A) = p = D + ½ H =0,675 + ½ 0,1891 = 0,7701 f(a) = q = R + ½ H = 0,1351 + ½ 0,1891 = 0,2299 No equilíbrio espera-se a freqüência igual a p², para AA, 2pq para Aa e q² para aa, que corresponde a 0,5931 AA; 0,3537 Aa e 0,0527 aa. Assim, considerando os 148 indivíduos, pode-se comparar os valores esperados com os observados, tal como descritos a seguir: Genótipos Observado Esperado no Equilíbrio AA 100 87,78 Aa 28 52,35 aa 20 7,80
  • 117. Como se dispõe de três classes fenotípicas, com valores esperados obtidos por meio das estimativas de p (ou de q), estima-se a estatística x², associada a 1 graus de liberdade. Para os dados considerados, tem-se: x² = [(100 - 87,78)²]/87,78 + [(28 - 52,35)²]/52,35 + [(20 - 7,80)²]/7,80 = 32,08 o valor de probabilidade associado é alfa = 0,0001. Conclui-se que os dados não se ajustam ao esperado sendo, portanto, indicativo de que a população não se encontra em equilíbrio. ALELOS MÚLTIPLOS Mesmo quando mais de dois alelos são considerados em um loco (alelos múltiplos) o equilíbrio e estabelecido após uma única geração de acasalamento ao acaso. Também neste caso a relação genotípica da geração em equilíbrio é dada pelo quadrado da freqüência dos alelos da geração original. Assim, considerando n alelos (Aj, com j=1 ...n com freqüência f(Aj)), tem-se no equilíbrio as seguintes propriedades: Relação Genotípica no equilíbrio = [f(A1) + f(A2) ... f(An)]² Será considerado, a título de exemplo, uma série constituída por apenas três alelos: A1, A2 e A3 com freqüência p, q e r , respectivamente. Os possíveis genótipos e as respectivas freqüência genotípicas são dados as seguir: Genótipos Nº de indivíduos Freqüência Genotípica A1A1 N11 P11 = N11 / N A1A2 N12 P12 = N12 / N A1A3 N13 P13 = N13 / N A2A2 N22 P22 = N22 / N A2A3 N23 P23 = N23 / N A3A3 N33 P33 = N33 / N As freqüências gênicas podem ser obtidas através das expressões: f(A1) = p = (2N11 + N12 + N12)/2N = P11 + (P12 + P13)/2 f(A2) = q = (2N22 + N12 + N23)/2N = P22 + (P12 + P23)/2
  • 118. f(A3) = r = (2N33 + N13 + N23)/2N = P33 + (P13 + P23)/2 Após uma geração de acasalamento ao acaso, tem-se as seguintes freqüências genotípicas: Genótipos Freqüência A1A1 p² A1A2 2pq A1A3 2pr A2A2 q² A2A3 2qr A3A3 r² Total 1.0 GENES LIGADOS AO SEXO Neste caso, pode-se demonstrar que para se atingir o equilíbrio é necessário que as freqüências dos alelos nos diferentes sexos sejam iguais. Este equilíbrio não é alcançado em uma única geração, mas quando atingido se verifica as seguintes relações genotípicas: Machos XAY XaY Freqüência p q Fêmeas XAXA XAXa XaXa Freqüência p² 2pq q² Considerando um gene deletério dominante ligado ao sexo (A), onde f(A)=p, espera-se espera observar maior freqüência de defeito entre as mulheres (p² + 2pq > p). Para o caso de um gene deletério recessivo (b) ligado ao sexo, espera-se maior freqüência de defeitos entre os homens (q > q²). GENÉTICA QUANTITATIVA CARÁTER QUANTITATIVO
  • 119. Genética Quantitativa é a parte da genética que estuda os caracteres quantitativos, os quais distinguem-se dos caracteres qualitativos nos seguintes aspectos: Herança poligênica Os caracteres quantitativos são, em geral, regulados por vários genes, ao passo que os caracteres qualitativos são de herança monogênica ou oligogênica. Estudo a nível de populações e baseado na estimação de parâmetros As características quantitativas são estudadas a nível de população e são descritas através de parâmetros tais como média, variância e covariância. Os estudos qualitativos são feitos a nível de indivíduos e a interpretação da herança é feita com base na contagem e proporções definidas pelos resultados observados nas descendências dos cruzamentos. Variações contínuas e efeito do meio As características quantitativas são as que exibem variações contínuas (às vezes descontínuas) e são parcialmente de origem não genética; ou seja, são grandemente afetadas pelo ambiente. Apesar destas distinções verificamos que vários caracteres podem ser alvo de estudo tanto na genética quantitativa quanto na qualitativa. Assim, por exemplo, o tamanho da leitegada em suínos é um caráter descontínuo, fenotipicamente, mas como a descontinuidade não está completamente sob efeito genético, poderá ser estudado na genética quantitativa. O caráter altura de planta apesar de ser contínuo e descrito através de parâmetros, pode ser estudado na genética qualitativa, se considerado apenas as classes de plantas altas e anãs. A diferença primordial que existe entre a genética quantitativa e qualitativa reside no fato da existência de um gene maior cujo efeito pode ser avaliado em classes discretas, mesmo sob efeito do ambiente. MÉDIA E VARIÂNCIA Os estudos genéticos são feitos adotando o modelo básico F = G + M, que define o valor fenotípico (F) como o resultado da ação do genótipo (G) sob influência do meio. MÉDIAS E VARIÂNCIAS DE VALORES FENOTÍPICOS A média de um conjunto de dados e o desvio padrão são dados conforme expressões ao lado.
  • 120. MÉDIAS E VARIÂNCIAS DE VALORES GENOTÍPICOS Considerando apenas dois alelos, tem-se: Genótipo Valor Genotípico (VG) VG (codificado para o PM) Freqüência AA x1 a D Aa x2 d H a x3 -a R PM = (x1 + x3)/2 : ponto médio Assim: Média genotípica = µg = aD + dH + (-a)R = a(D-R) + dH Variância genotípica = V(G) = Da² + Hd² + R(-a)² - [a(D-R)+ dH ]² V(G) = a²[(D+R) - (D-R)²] + d²H(1 - H) - 2adH (D - R) Um dos meios para estudar um caráter quantitativo é o estudo dos valores fenotípicos obtidos de progenitores contrastantes e de suas progênies. Neste estudo é considerado os valores obtidos de progenitores P1 e P2 e suas descendência F1 e F2. A natureza da variância de cada geração pode ser avaliada considerando os dados a seguir. População f(AA)=D f(AA)=H f(aa) = R coef. de a² coef.de d² coef. de ad P1 1 0 0 0 0 0 P2 0 0 1 0 0 0 F1 0 1 0 0 0 0 F2 1/4 2/4 1/4 1/2 1/4 0 Conclui-se que a variabilidade detectada nas gerações homozigóticas (P1 e P2) e da heterozigótica (F1) é toda atribuída ao meio, ou seja: v(P1) = v(P2) = v(F1) = v(M) Assim, uma estimativa da variância ambiental pode ser obtida pela expressão:
  • 121. v(M) = [v(P1) + v(P2) + 2v(F1)]/4 A variância detectada na geração F2 é parte devida a causas ambientais e parte devida à variações genéticas, ou seja: v(F2) = v(G) + v(M) PARÂMETRO GENÉTICOS Será considerado como ilustração os dados apresentados pelo programa GBOL, descrito na figura apresentada a seguir. Geração Num. de Indivíduos Média Variância P1 20 50 6,0 P2 20 10 4,0 F1 50 25 5,0 F2 100 30 16,0 Variâncias na População F2 Com os dados disponíveis, estimam-se as variâncias: v(F2) = 16 v(M) = [v(P1) + v(P2) + 2v(F1)]/4 = (6 +4 + 2X5)/4 = 5 v(G) = v(F2) - v(M) = 16 - 5 = 11 Herdabilidade Como somente o valor fenotípico do indivíduo pode ser diretamente medido, mas é o valor genético que determina sua influência na próxima geração, deve ser avaliado a proporção da variabilidade existente na população segregante (F2) que é de natureza genética. A herdabilidade, representada pelo símbolo H², pode ser estimada por meio de: H²= v(G)/[v(G)+v(M)] = v(G)/v(F2) = 11/16 = 0,687 Conclui-se, portanto, que 68,7% da variação apresentada pela geração F2 é atribuído a causas genéticas, o restante é atribuído ao ambiente.
  • 122. Número mínimo de genes envolvidos na determinação do caráter O número mínimo de genes poderá ser estimado considerando a natureza da variabilidade genotípica. Sabemos que: v(G) = 1/2a² + 1/4d² Considerando R a amplitude total na F2, expresso pela diferença entre os progenitores, tem-se: R = 2a para apenas um loco Com a pressuposição de que os efeitos a são todos iguais, independente do loco considerado, tem-se: n = R²/[8v(G)] Na dedução desta expressão são feitas as seguintes pressuposições: Os pais devem ser homozigotos; todos os genes que aumentam a expressão fenotípica estão em um dos pais e todos os que diminuem estão no outro; todos os genes são independentes; todos os genes devem ter efeitos iguais sobre a expressão fenotípica do caráter. Para o exemplo em consideração, tem-se: n = R²/[8V(G)] = (50-10)²/(8x11) = 18,18 Conclui-se que devem existir aproximadamente 19 genes segregantes controlando o caráter. Heterose Heterose, ou vigor híbrido, é a medida da superioridade do F1 em relação à média de seus pais. Assim, tem-se: h = F1 - ½(P1 + P2) = 25 - ½(50+10) = -5 Ou seja, o F1 produz abaixo do que seria esperado, com base na média de seus genitores. SELEÇÃO A população F2 apresenta variabilidade e pode ser submetida a seleção. Interessa para o melhoramento avaliar a possibilidade de ganhos pela seleção praticada e predizer a média dos indivíduos resultantes do intercruzamento daqueles indivíduos que serão selecionados. Um esquema de seleção é apresentado a seguir:
  • 123. Neste processo seletivo considera-se a população original, com média Xo , o conjunto de indivíduos selecionados, com média Xs, e a população melhorada, resultante do acasalamento entre os indivíduos selecionados com média Xc1 . A diferença ente a média dos selecionados (Xs) e a média original da população (Xo) é definida como sendo o diferencial de seleção. A diferença entre a média da população melhorada (Xc1) e a população original é definida como sendo o ganho obtido por seleção. Assim, tem-se: DS = Xs - Xo GS = Xc1 - Xo Será considerado que a seleção esta sendo feita em relação aos indivíduos que apresentam uma superioridade em relação à media da população (diferencial de seleção positivo). Na maioria dos casos a media Xc1 será inferior a Xs , pois a seleção foi feita com base nos valores fenotípicos que são fortemente influenciado pelo meio.Geralmente, observa-se que: GS < DS, na maioria das vezes, pois a seleção e fenotípica. GS = DS, quando não existir influencia do meio. A variação proporcionada pelo meio e considerada igual a zero. GS = 0, quando não existir variabilidade genética. Assim, pode-se definir: GS/DS = Variância genética/(Var. genética + Var. meio ) = H² A herdabilidade expressa a confiabilidade do valor fenotípico como indicação do valor genético; ou seja, é o grau de correspondência entre o valor fenotípico e o valor genético, ou entre o diferencial de seleção e o ganho de seleção. Assim, pode-se fazer uso das seguintes equações preditivas: GS = H² . DS Xc1 = Xo + GS = Xo + H²(Xs - Xo)
  • 124. Para o exemplo em consideração admitiu-se a seleção de indivíduos cuja média é igual a 35. Assim, tem-se: Diferencial de seleção DS = Xs - Xo = 35 - 30 = 5 Ganhos por seleção GS = H² . DS = 0,687 x 5 = 3,437 O valor de GS, em termos percentuais é dado por: GS% = (100GS)/Xo = (100x3,437)/30 = 11,46% Média da população melhorada Corresponde à média predita para o primeiro ciclo de cultivo da progênie dos indivíduos selecionados. É estimada por: Xc1 = Xo + GS = 30 + 3,437 = 33,437 Assim, conclui-se que após o primeiro ciclo de melhoramento a média será aumentada de 30 para 33,44. Este valor é inferior ao do progenitor P1, com média igual a 50, mas trata-se de uma população heterogênea que ainda pode ser submetida a vários outros ciclos de melhoramento. HERANÇA EXTRA-NUCLEAR INTRODUÇÃO Tem sido demonstrado que o DNA citoplasmático existe e funciona como material genético transportador de informações. Existe também registrados alguns exemplos de herança não-DNA. São os seguintes critérios que identificam uma herança como sendo do tipo extra-nuclear: a. Cruzamento recíprocos com resultados diferentes. Este fato sugere que existem desvios das propriedades de transmissão de informações genéticas via genes autossomais, mas não exclui a possibilidade de ser condicionado por genes ligados a cromossomos sexuais. b. Ausência das propriedades cromossomais dos fatores de herança. Os genes cromossômicos ocupam locos particulares e apresentam distância relativas a outros genes. c. Falta de segregação mendeliana ou sem proporções mendelianas clássicas.
  • 125. d. Existência de transmissão de traços sem a transmissão de núcleos. Este fato tem sido comprovado em experimentos envolvendo a substituição de núcleos DNA DOS PLASTÍDEOS Plastídeos são organelas citoplasmáticas das células de vegetais, dos quais os mais importante são os cloroplastos. Os cloroplastos surgem a partir dos proplastídeos que contém DNA e se autoduplicam. Os proplastídeos são transmitidos através do citoplasma do óvulo e raramente através do pólen. Carl Correns (1908) analisou a tonalidade da cor das folhas das plantas de Mirabilis jalapa (maravilha) e constatou que: a. Nesta planta os ramos são verdes, verdes pálidos ou variegados. b. A transmissão do caráter independe da contribuição do grão de pólen dado ao pouco volume citoplasmático do mesmo. A herança do caráter tem sido explicada através da ação de plasmagens no cloroplasto. c. O seguinte experimento demonstra, que a herança deste caráter é condicionada a fatores extra-nucleares: Tipo de progenitor Descendência feminino Verde normal Verde normal Verde pálido Verde pálido Verde, verde pálido e variegado em Variegados proporções irregulares DNA DAS MITOCÔNDRIAS Mitocôndrias são organelas citoplasmáticas responsáveis pela produção de energia (Ciclo de Krebs, cadeia de transporte de elétrons e oxidação de ácidos graxos e cítricos).Ocorrem apenas em eucariotas. Um exemplo típico é encontrado no fungo Saccharomyces cerevisae. Nas células deste fermento cerca de 10 a 20% do DNA localizam-se nas mitocôndrias. Numa população de S. cerevisiae foi encontrado um mutante denominado "petite". Os "petites" são capazes de utilizar o O2 no metabolismo dos hidratos de carbono. Falta, nas suas mitocôndrias, a oxidase respiratória. Esta deficiência impede aos "petites" produzir esporos. Quando é cruzado tipo sexual "petite" com outro do tipo selvagem todos os esporos são
  • 126. do tipo selvagem. As características do "petite" são apenas possíveis de serem perpetuados através de processos de propagação vegetativa. Através da esporulação jamais surgirá outra vez a característica "petite", mesmo após repetidos retrocruzamentos. Os fatores mitocondriais para o tipo "petite" são absorvidos, perdidos ou permanentemente alterados na presença dos fatores do tipo selvagem. Um outro tipo de "petite" no levedo, denominado de supressivo, pode segregar, mas diferente dos genes cromossômicos. A segregação varia de 1 a 99%, de petites, e os ascos podem apresentar-se com 4,3,2,1 ou 0 tipo "petite". OUTROS FATORES CITOPLASMÁTICOS Enrolamento da concha do caracol Limnae O enrolamento da concha, neste caracol, pode ser dextrógiro ou levógiro. O controle genético é função do genótipo materno que organiza o citoplasma do ovo de tal forma que a divisão celular do zigoto seguirá o padrão materno independente do genótipo deste zigoto. Do ponto de vista alélico temos os seguintes efeitos: D- = enrolamento dextrógiro dd = enrolamento levógiro O seguinte cruzamento ilustra a influência de fatores extra-nucleares na herança deste caráter: Mão dextrógira (DD) x Pai levógiro (dd) F1 dextrógiro (Dd) F2 100% dextrógiros(DD, Dd e dd) Mão levógira (dd) x Pai dextrógiro (DD) F1 levógiro (Dd) F2 100% dextrógiros(DD, Dd e dd) Verifica-se, portanto, que o descendente não manifesta o fenótipo de sua mãe, mas o fenótipo correspondente ao genótipo que sua mãe apresenta.
  • 127. Macho esterilidade citoplasmática no milho A macho-esterelidade citoplasmática (MEC) no milho é decorrente de uma interação entre os genes nucleares e fatores citoplasmáticos que faz com que certas plantas não produzam pólen viáveis. Cada grupo de citoplasma macho-estéril possui seus respectivos genes restauradores da fertilidade. O grupo T apresenta os genes Rf1 e Rf2, dominantes, localizados no cromossomo 3 e 9, como restauradores da fertilidade. O gene rf2 é encontrado na maioria das variedades. A MEC no milho tem merecido grande interesse devido ao seu emprego em produção de híbridos simples, duplos ou triplos. A existência da MEC evita o despendoamento das plantas que devem ser utilizadas como progenitor feminimo proporcionando economia de tempo e dinheiro.