17417 Genetica Basica Aula 13 Volume02

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Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de:

• Reconhecer que exceções às teorias estabelecidas fornecem evidências para que estas teorias sejam complementadas ou substituídas.

• Identifi car a ocorrência de ligação gênica através da análise de cruzamentos.

• Reconhecer a permuta cromossômica como uma das causas de recombinação gênica.

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OBJETIVOS Pré-requisito

Possuir noções básicas de testes de hipóteses, conceito visto nas aulas de Bioestatística.

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Como ponto de partida da aula de hoje, recordamos que o estabelecimento da teoria cromossômica da herança, no começo do século X, desencadeou um grande período de investigação genética. Muitos geneticistas fi caram motivados a estudar a segregação dos alelos em mais de um gene, através de cruzamentos entre indivíduos com mutações visíveis. Por vezes, os resultados desses experimentos estavam de acordo com o esperado pelas leis de Mendel, reforçando a idéia de que alelos de genes diferentes segregam independentemente. Entretanto, em alguns casos foram encontrados resultados inesperados, e essas exceções passaram a ser intensamente estudadas. Quando alelos de dois genes diferentes eram transmitidos juntos para a prole em uma freqüência superior à esperada pela segregação independente, os genes eram ditos acoplados. Mesmo sem o conhecimento exato da natureza do acoplamento, alguns geneticistas, incluindo Thomas Morgan e seus alunos, imaginavam que genes presentes em um mesmo cromossomo estariam ligados uns aos outros como as contas de um colar. Esse modelo linear da organização dos genes nos cromossomos e as observações citológicas de trocas entre segmentos cromossômicos serviram de base para a hipótese de Morgan, que pretendia explicar como ocorriam algumas das exceções às leis de Mendel, encontradas nos mais diversos cruzamentos.

Na Aula 6, vimos que Sutton, a partir da observação da semelhança entre o comportamento dos cromossomos durante a meiose e a segregação dos fatores hereditários postulados por Mendel, propôs que os fatores mendelianos, atualmente conhecidos como genes, deveriam estar nos cromossomos. Contudo, na época, havia o questionamento de que os genes não só poderiam estar nos cromossomos, mas também poderiam estar em qualquer outra estrutura celular que tivesse comportamento semelhante.

Várias pesquisas foram necessárias até que a comunidade científi ca fi casse convencida da idéia proposta por Sutton. A partir da hipótese de que os genes estariam nos cromossomos, uma série de deduções pôde ser feita e testada, até que a Teoria Cromossômica da Herança fosse aceita acima de qualquer suspeita.

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MÓDULO 2 O próprio Sutton não se limitou a descrever o que havia observado, tendo realizado deduções que levaram a importantes descobertas sobre a relação entre genes e cromossomos. Por exemplo, ele deduziu que se houvesse apenas um gene em cada cromossomo, “(...) o número de características diferentes de um indivíduo não poderia exceder o número de cromossomos nos gametas: o que é indubitavelmente contrário aos fatos” (Sutton, 1903).

Com esse pensamento dedutivo, Sutton chegou à conclusão de que poderiam existir muitos genes em um mesmo cromossomo. Observe esse outro trecho de seu trabalho publicado em 1903: “Nós devemos, assim, assumir que pelo menos alguns cromossomos estão relacionados a um certo número de diferentes ALELOMORFOS.”

Porém, Sutton foi além dessa conclusão. Ele havia observado que os cromossomos mantinham sua individualidade no decorrer dos processos de divisão celular e, então, imaginou que os cromossomos de um indivíduo deveriam ser transmitidos aos seus descendentes sem qualquer alteração em sua composição alélica. Assim, Sutton propôs que “se os cromossomos retêm permanentemente as suas individualidades, então todos os alelomorfos presentes em um mesmo cromossomo devem ser herdados juntos”.

Mas, e quanto à lei da segregação independente? Se a hipótese de que genes do mesmo cromossomo são herdados juntos estivesse correta, não haveria, a princípio, a possibilidade de segregação independente entre estes genes. Nesse caso, deveríamos encontrar resultados diferentes dos observados por Mendel. De fato, conforme aumentava o número de experimentos com cruzamentos entre indivíduos mutantes para mais de um gene, também aumentava o número de resultados que não se ajustavam às proporções fenotípicas esperadas pela 2ª Lei de Mendel.

No começo do século X, parecia claro para os geneticistas que aceitavam as hipóteses suttonianas que o modelo original de Mendel não era completamente satisfatório. Ele não conseguia explicar os resultados observados quando dois ou mais genes estivessem localizados no mesmo par de cromossomos homólogos, embora explicasse satisfatoriamente como ocorria a segregação independente dos genes localizados em cromossomos diferentes.

Era o termo usado na época para designar alelos.

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TESTANDO A 2ª LEI: SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE x LIGAÇÃO GÊNICA

Para facilitar a compreensão, acompanhe os cruzamentos apresentados no Quadro 13.1. Nestes experimentos, você vai observar cruzamento de indivíduos puros que diferem quanto a duas características e a F1 (diíbrida) obtida cruzada com indivíduos duplo-homozigotos recessivos. Como você deve se lembrar, o cruzamento entre um indivíduo heterozigótico para um ou mais genes com um homozigoto recessivo é chamado de cruzamento-teste.

Quadro 13.1: Resultados de cruzamentos entre indivíduos diíbridos.

Características analisadas

Geração parental Geração F1 Cruzamento-teste (F1 x duplo-homozigoto recessivo) cor e forma da sementeamarela–rugosa x verde–lisa

100% amarela–lisa

252 sementes amarela–lisa

248 sementes verde–rugosa

250 sementes amarela–rugosa 258 sementes verde–lisa

DROSÓFILA: forma da asa e cor do corpo selvagem–selvagem x delta–ebony

100% selvagem

52 moscas selvagem–selvagem

48 moscas delta–ebony selvagem–ebony x delta–selvagem

100% selvagem 49 moscas selvagem–ebony

50 moscas delta–selvagem

Vamos começar calculando os resultados esperados pela lei da segregação independente. Em todos os casos, os indivíduos da F1 são heterozigóticos e apresentam o fenótipo dominante. Agora, podemos prever os resultados esperados pela 2ª Lei de Mendel para os cruzamentosteste dos indivíduos F1 com indivíduos duplo-homozigóticos recessivos.

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MÓDULO 2 Mas como fazer para prever estes resultados? É bastante simples.

A 2ª Lei de Mendel estabelece que os alelos de genes diferentes segregam-se independentemente durante a formação dos gametas de um indivíduo. Acompanhe a Figura 13.1 para relembrar o comportamento dos cromossomos, e dos alelos de dois genes diferentes, durante a formação dos gametas.

Figura 13.1: Tipos de gametas formados por um indivíduo heterozigótico para dois genes localizados em cromossomos diferentes. Os tipos formados por cada célula meiótica dependem da associação dos cromossomos não homólogos durante a Metáfase I da divisão meiótica. Considerando todos os gametas de um indivíduo, espera-se encontrar 1/4 de cada tipo, pela lei da segregação independente.

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Então, se você sabe os tipos e proporções de gametas formados por cada indivíduo, você poderá deduzir os genótipos produzidos pela associação dos gametas masculinos e femininos. Poderá deduzir também qual a proporção esperada de cada genótipo na prole, e qual a proporção fenotípica esperada na prole de qualquer cruzamento! Observe a Figura 13.2.

Figura 13.2: Proporção fenotípica esperada pela lei da segregação independente no cruzamento de indivíduos duplo-heterozigóticos com indivíduos duplohomozigóticos recessivos (cruzamento-teste). Os gametas do tipo parental são aqueles que apresentam os mesmos arranjos de alelos encontrados nos gametas parentais, ao passo que os gametas recombinantes são aqueles que apresentam novas combinações de alelos. No caso de genes localizados em cromossomos diferentes, espera-se obter gametas com arranjos parentais e recombinantes na mesma freqüência de 50% (1/4 + 1/4 = 1/2), devido à associação independente dos alelos dos dois genes. Reveja como os gametas são formados na fi gura 13.1.

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MÓDULO 2 Seguindo essa fi gura, podemos deduzir que, para dois genes, a proporção fenotípica esperada na prole deste cruzamento-teste é 1:1: 1:1. Neste ponto pode surgir uma dúvida: na Aula 5, nós vimos que a proporção fenotípica esperada pela lei da segregação independente em um cruzamento diíbrido era 9:3:3:1. Por que chegamos a uma proporção diferente? Nos cruzamentos diíbridos mostrados na Aula 5, a F1 era cruzada entre si (intercruzada) para produzir a geração F2. Portanto, você deve estar deduzindo que esta proporção de 9:3:3:1é esperada em cruzamentos entre indivíduos heterozigóticos (AaBb x AaBb). Quanto aos cruzamentos mostrados no Quadro 13.1, os indivíduos da F1 foram cruzados com indivíduos duplo-homozigóticos (AaBb x ab), resultando na proporção fenotípica esperada de 1:1:1:1 na prole de cada cruzamentoteste. Quando calculamos a proporção esperada em um cruzamento qualquer, devemos levar em conta o genótipo dos indivíduos parentais e que tipos de gametas são formados por cada indivíduo.

Atenção! Se você ainda tem alguma dúvida sobre a lei da segregação independente ou sobre como os gametas são formados durante a meiose, consulte as Aulas 5 e 6, com atenção especial para as Figuras 5.2 e 6.3. O pouco tempo que você gastará revendo estes conceitos terá o seu valor aumentado no futuro!

Agora, volte a analisar os resultados dos cruzamentos-teste no

Quadro 13.1. Você poderia dizer se os resultados observados em cada cruzamento estão de acordo com o esperado pela lei da segregação independente?

No primeiro cruzamento-teste, o cruzamento das ervilhas que diferem quanto à cor e forma das sementes, os resultados observados se aproximam da proporção fenotípica esperada pela 2ª Lei de Mendel, de 1:1:1:1.

Entretanto, quando analisamos os cruzamentos I e II, com drosófi las que diferem quanto à forma da asa e à cor do corpo, podemos dizer que os resultados observados em cada um desses dois cruzamentos não estão de acordo com os resultados esperados pela 2ª Lei de Mendel, já que apenas duas classes fenotípicas foram encontradas na prole de cada um desses cruzamentos-teste, na proporção aproximada de 1:1. Note, ainda, que na prole de cada um desses cruzamentos-teste aparecem somente indivíduos com os mesmos fenótipos dos indivíduos parentais.

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No cruzamento I foram encontrados apenas indivíduos selvagem– selvagem e delta–ebony na proporção de 1:1, enquanto no cruzamento I só foram encontrados indivíduos selvagem–ebony e delta–selvagem, na mesma proporção.

Como você explicaria a ocorrência desse desvio da proporção esperada? E por que os fenótipos encontrados nos indivíduos da prole de cada cruzamento-teste são os mesmos fenótipos dos indivíduos parentais?

Em nenhum dos casos ocorreu a formação de gametas recombinantes na meiose dos indivíduos heterozigóticos da F1 e, por esse motivo, apenas classes fenotípicas parentais foram observadas na prole dos cruzamentos-teste. Considerando que os genes que condicionam a forma da asa e a cor do corpo estejam localizados no mesmo cromossomo, e assumindo a hipótese de Sutton de que genes localizados em um mesmo cromossomo são herdados juntos, podemos facilmente explicar a ausência das classes fenotípicas recombinantes nesses cruzamentos (Figura 13.3). Assim, a associação dos alelos de genes que se localizam em um mesmo cromossomo não é independente.

Chamamos o evento da ligação entre genes de ligação gênica.

Note que casos em que apenas indivíduos com fenótipos parentais são observados na prole dos cruzamentos, na proporção de 1:1,como nos cruzamentos I e II,são raros e constituem um tipo especial de ligação gênica, a ligação completa.

Fase de ligação: confi guração cis (AB/ab) x confi guração trans (Ab/aB)

É a maneira pela qual os alelos de um indivíduo duplo-heterozigótico estão dispostos no par de cromossomos homólogos em questão. Existe uma nomenclatura específica para cada fase de ligação. Chamamos de configuração cis, ou acoplamento, quando os indivíduos heterozigóticos recebem, de um dos seus progenitores, os dois alelos dominantes ligados em um cromossomo, enquanto os dois alelos recessivos ligados ao cromossomo homólogo são herdados do outro progenitor. Por sua vez, a configuração trans, ou repulsão, é observada quando os alelos dominantes se encontram em cromossomos homólogos diferentes, o mesmo ocorrendo com os alelos recessivos. Acompanhe a Figura 13.3.

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Figura 13.3: Resultados dos cruzamentos-teste em que os genes apresentaram ligação completa, isto é, a freqüência de recombinação estimada foi 0%, pois nenhum recombinante foi formado. a) cruzamento que produz o diíbrido com confi guração cis; b) cruzamento que produz o diíbrido com confi guração trans; c) gametas produzidos por cada indivíduo diíbrido. Note que esse exemplo tem fi ns didáticos, sendo possível haver a formação de gametas recombinantes entre os genes delta e ebony em Drosophila.

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A forma mais comum de ligação gênica é a ligação incompleta, onde, apesar de os genes estarem localizados no mesmo cromossomo, gametas recombinantes podem ser produzidos durante a meiose de indivíduos heterozigóticos. Como isto é possível? Veremos a seguir.

William Bateson, Edith Saunders e Reginald Punnett foram os primeiros a descrever a ocorrência de desvios entre as proporções fenotípicas observadas e as proporções esperadas pela lei da associação ou segregação independente. Como você viu na Aula 6, Bateson foi um dos primeiros a aceitar as idéias mendelianas. Seu grupo de pesquisa passou a investigar a fundo os experimentos que representavam exceções a elas.

Em 1905, Bateson, Saunders e Punnett publicaram os resultados de experimentos em que cruzavam variedades de ervilhas-decheiro que diferiam quanto à cor da flor e ao tamanho do pólen. Um desses cruzamentos diíbridos apresentou o resultado que está ilustrado na Figura 13.4.

Edith Rebecca Saunders (1865-1945)

Cientista inglesa, trabalhou com Bateson em alguns poucos experimentos no campo da Genética. No entanto, seu maior interesse era a anatomia e morfologia das fl ores, tema que investigou durante 15 anos.

Reginald Crundall Punnett (1875-1967)

Geneticista inglês que desempenhou um papel importante na associação das hipóteses mendelianas com cálculos estatísticos. Punnett desenvolveu um método para calcular as freqüências genotípicas e fenotípicas esperadas em cruzamentos, conhecido como o “Diagrama de Punnett”.

A representação dos alelos de genes ligados depende do arranjo desses alelos em cada cromossomo homólogo. Por convenção, os alelos que se encontram em um cromossomo são separados por uma barra daqueles localizados no cromossomo homólogo (DE/deouDe/dE, por exemplo). Indivíduos com os genótipos DE/de ou De/dE apresentam o mesmo fenótipo por serem heterozigóticos para os dois genes em questão. No entanto, dependendo do modo como os alelos estão dispostos no par de cromossomos homólogos, resultados diferentes podem ser produzidos em determinados cruzamentos. Observe a Figura 13.3.

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