Mutação

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Mutação• Conceito: qualquer modificação súbita e hereditária

no conjunto gênico de um organismo, que não e explicada pela recombinação da variabilidade genética preexistente

• Assim, um organismo mutante e aquele cujo fenótipo alterado e causado por uma possível mutação

• Tipo selvagem: padrão encontrado na natureza ou no estoque de laboratório

• Mutação gênica: alterações num numero reduzido de nucleotídeos da molécula de DNA, resultando no aparecimento de um novo alelo

• Mutação cromossômica: mutações que alteram de maneira visivel (ao microscópio), o numero ou a estrutura dos cromossomos

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Mutação de ponto

• Alterações na sequência de nucleotideos, que alteram a sequência de aminoácidos na cadeia polipeptidica codificada pelo gene, levando a uma alteração fenotipica

• No entanto, podem ocorrer mutações neutras, sem efeito algum no fenótipo

• Tipos de alterações:– Adição, deleção ou substituição de base

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Código genético

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Adição e Deleção

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Substituição de base

• Substituições de base: mutações nas quais um par de base substitui outro

• Pode ser:• Transição: substituição de uma base por outra da

mesma categoria quimica• Purina substituida por purina (A → G ou G → A)• Pirimidina substituida por pirimidina (C → T ou T → C)• Transverso: substituição de uma base por outra de

categoria quimica diferente (purina por pirimidina e vice versa)

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Substituição de base• Mutação silenciosa: a substituição de bases não altera a seqüência

de aminoácidos na cadeia polipeptidica– Ex:

• DNA: AGC → AGG• RNA: UCG → UCC• Prot.: Serina – Serina

• Mutação de sentido errado: a substituição altera um aminoácido na cadeia polipeptidica– Ex:

• DNA: AGC → AAC• RNA: UCG → UUG• Prot.: Serina – Leucina

• Mutação sem sentido: causa o aparecimento de um códon de terminação no mRNA, impedindo a sintese completa da cadeia polipeptidica– Ex:

• DNA: AGC → ATC• RNA: UCG → UAG• Prot.: Serina – Codon de terminacao

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Mutações• Mutações sem sentido levarão ao término

prematuro da tradução, tendo um efeito considerável no funcionamento da proteina

• As adições e deleções de um único par de bases no DNA causará uma mudança no quadro aberto de leitura do gene a partir desse ponto.

• Assim toda a sequência de aminoácidos traduzida a partir do sitio mutante é alterada, não tendo relação com a sequência original– Resultado: perda completa da estrutura e função

normal da proteina

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Anemia falciforme: substituição de base

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Mutação somática x

germinativa

• Mutações podem ocorrer em qualquer célula e em qualquer estagio do ciclo celular. Portanto, podem ocorrer em células somáticas e em células germinativas

• Uma mutação somática leva, geralmente, a um aglomerado de células fenotipicamente mutantes chamado setor mutante

• Os setores mutantes podem ser identificados somente se seu fenótipo contrastar visualmente com o fenótipo das células tipo selvagem– Ex: mutação somática na maçã vermelha

Delicious. Alelo mutante que determina cor dourada surgiu na parede do ovário da flor, que se desenvolveu na parte carnosa da maçã. As sementes não são mutantes e darão origem a plantas normais (frutos vermelhos).

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Mutação somática x germinativa• Se a mutação for em um tecido cujas células ainda estão se

multiplicando, poderá surgir um clone mutante• Mas se a mutação for em uma célula pos-mitótica, que não

esta se multiplicando, o impacto sobre o fenótipo será desprezivel

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Mutação somática x germinativa• Se a mutação ocorre em células germinativas (reprodutivas),

ou em tecidos que darão origem a estas células, ela poderá ser transmitida as gerações seguintes (mutação germinativa)

• Deve-se, no entanto, excluir a possibilidade de que as diferenças fenotipicas surgiram devido a segregação meiótica e recombinação normais

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Mutação somática x germinativa

• Uma mutação para um alelo que determina orelhas recurvadas surgiu na linhagem germinativa de um gato normal com orelhas retas e expressou-se na prole

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Mutação somática x

germinativa

• Mutações somáticas NÃO são transmitidas a descendência. Mas se for tirada uma muda de um caule ou uma folha que apresente um setor somático mutante, a planta que crescerá a partir desta muda Pode desenvolver tecido germinativo a partir do setor mutante.

• Mutação somática x germinativa– Ex: mutação produzindo um alelo para pétalas

brancas que surgiu originalmente no tecido somático, mas eventualmente tornou-se parte do tecido germinativo e pode ser transmitida através das sementes.

• Antes que um novo fenótipo herdável possa ser atribuido a uma mutação, tanto a segregação quanto a recombinação devem ser excluidas como causas possiveis. Esta exigência é verdadeira tanto para as mutações somáticas quanto para as germinativas.

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Mutação

• Mutações morfológica:– Ex: alteração das asas em Drosophila

Tipo selvagem

Asa vestigial Asa recurvada

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Mutação

• Mutações letais:– Ex: alteração da plumagem em codorna japonesa

Tipo selvagem Mutação letal

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Mutação

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Mutação• Mutações são muito raras• Taxa de mutação:• 1/1.000.000.000• A maioria das mutações são deletérias, sendo

normalmente eliminadas pela seleção natural

Tipo selvagem Mutação letal

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Mutação• Mutações espontâneas: de ocorrência natural. Possíveis causas:

• Erros na replicação do DNA• Elementos genético moveis• Mutações induzidas: são

produzidas quando o organismo e exposto a um agente mutagênico, por exemplo, radiação ionizante (mutagênico físico: raio x, raios alfa, por exemplo)

Ex: mutação induzida emArabdopsis, folhas parcialmenteconvertidas em pétalas

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Mecanismos de reparo do DNA• A sobrevivência de um

individuo esta diretamente relacionada a sua estabilidade genética

• A manutenção desta estabilidade requer não apenas um mecanismo bem desenvolvido de replicação do DNA, mas também de mecanismos de reparação do DNA, que reparam as lesões acidentais (mutações) que ocorrem continuamente no DNA20/04/23 21

Mutações cromossômicas

• Mutações numéricas (aberrações numéricas):• Variações no número de cromossomos• Mutações estruturais (aberrações estruturais):• Variações na estrutura dos cromossomos

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Aberrações cromossômicas numéricas• Mutações numéricas (aberrações numéricas):

envolvem alterações no número cromossômico• Euploidias: células ou organismos com múltiplos do

numero básico de cromossomos (x), ou seja, 3x (triplóides), 4x (tetraplóides),5x (pentaploides), etc.

• Normalmente, os organismos eucariotos são haplóides (x) ou diplóides (2x), ou seja, apresentam apenas uma ou duas copias do conjunto básico de cromossomos (x)

• n: corresponde estritamente ao número de cromossomos dos gametas. Ex: Trigo moderno, 2n = 6x = 42.

• Portanto, n = 3x = 21 (x = 7)20/04/23 23

• Aneuploidias: o organismo tem numero anormal de cromossomos, apresentando um ou poucos cromossomos a mais ou a menos que o organismo selvagem

• Ex: 2n – 1 (organismo com um cromossomo a menos), chamado de monossomico; 2n + 1, organismo trissomico

Aberrações cromossômicas numéricas

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Aberrações cromossômicas numéricas• As ABERRACOES NUMÉRICAS

são também denominadas de poliplóides

• Importantes para a agricultura (60% das plantas cultivadas tem origem poliplóide)

• Maior número de cromossomos e, em geral, frutos, folhas e raizes maiores, aumentando assim a produtividade

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Euploidias

• Autopoliploidia– Um poliplóide resultante

da multiplicação do genoma completo de uma única espécie (exemplo: autotetraplóide possui quatro conjuntos idênticos de cromossomos).

• Alopoliplóide– Um poliplóide que

contém conjuntos de cromossomos geneticamente diferentes de duas ou mais espécies.

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Autopoliploidia• Autopoliploidia: indivíduos com 3 ou mais genomas

idênticos• Genoma AA (2n) triplica-se, AA (3n)• Ex: banana• Diferentes niveis de ploidia podem ser selecionados.

Ex:• n → haplóide (A)• 2n → diplóide (AA)• 3n → triplóide (AAA)• 4n → tetraplóide (AAAA)• 6n → hexaploide (AAAAAA), etc...20/04/23 27

Autopoliploidia• Autopoliplóides: um autotetraplóide AAAA se

origina diretamente de um diplóide AA, pela duplicação de seu numero de cromossomos ou pela união de 2 gametas diplóides (não reduzidos)

• Colchicina: impede a formação das fibras do fuso e faz com que os cromossomos não se separem na mitose. Tratamentos prolongados podem criar series numéricas de 4n, 6n, 8n, etc...

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Autopoliplóides Artificiais

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Autopoliploidia• Triplóides (3n)

– Quando plantas tetraplóides (4n) ou diplóides (2n) não reduzidas produzem gametas 2n viáveis que se unem na fertilização com gametas haplóides (n).

– Triplóides são estéreis devido a irregularidade na meiose.– Os triplóides crescem vigorosamente e dão frutos grandes

com pouca ou nenhuma semente. Para se estabelecer na natureza a planta se propaga vegetativamente.

• Exemplos: uva sem sementes, maca, pêra, banana• Banana → genoma A, diplóide 2n = AA• Um gameta não reduzido (2n) se uniu a um gameta

normal (n), produzindo um individuo triplóide (3n), com genoma AAA

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Autopoliploidia• Triplóides (3n)

– Exemplo: melancia sem semente, triplóides (Japão)• Cruzamento de plantas diplóides (2n) com tetraplóides

(4n), e produção de sementes triplóides (3n) inviáveis• Mais saborosa e com mais polpa• Problema: quantidade de mão-de-obra para fazer os

cruzamentos entre as plantas 2n e 4n

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Autopoliploidia• Tetraplóides (4n)• Frequentemente se originam a partir de uma duplicação de

diplóides (2n)• Aparecem com maior freqüência na natureza• Orquideas: flores de maior tamanho, intensificação do

colorido e durabilidade das flores, alem de maior resistência a doenças

• Rosas tetraplóides: folhas e flores bem maiores (gigantismo)• Tomate tetraplóide: mais rico em vitamina C

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Autopoliploidia• Tetraplóides (4n)

– Gramíneas forrageiras (braquiarias, colonião, Jaraguá, etc...) produzem mais massa (forragem) verde que as plantas diplóides

– Seringueira autotetraplóide produz mais borracha que a diplóide, pois apresenta maior crescimento e diâmetro dos vasos laticíferos. Foi inicialmente desenvolvida no IAC

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Alopoliplóide• Alopoliplóide: individuo com no minimo 2 genomas

diferentes• Uma espécie nova e formada pela união de 2 genomas

distintos• Exemplo: algodão

– G. herbáceo e G. arbóreo (diplóides) → Velho Mundo– G. barbadense e G. hirsutum (autotetraplóides) → Novo Mundo

Velho MundoNovo Mundo

G. barbadense G. hirsutum

2n = 52 (genoma AADD) 2n = 26 (genoma AA)

G. arboreum

G. herbaceum

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Alopoliplóide

• Os alopoliplóides podem ser sintetizados pelo cruzamento de espécies proximamente relacionadas e duplicação dos cromossomos do hibrido, resultando em um individuo anfidiploide ( que significa “diplóide duplicado”)

• Atualmente, alopoliplóides são sintetizados na agricultura. Os cromossomos do hibrido estéril obtido a partir de um cruzamento interespecífico são duplicados com a utilização de colchicina

• Fusão de protoplastos: alopoliplóides somáticos

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• Ex: Triticale, um anfidiploide entre Trigo (Triticum, 2n = 6x = 42) e centeio (Secale, 2n = 2x = 14), combinando a alta produtividade do trigo com a resistência do centeio

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Alopoliplóide• Alopoliplóide pode resultar naturalmente no

surgimento de uma nova espécie

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Aneuploidias• Alterações no numero de cromossomos, ocasionando ganho ou perda de cromossomos

• As conseqüências são graves tanto para plantas como para animais

• Origem de gametas aneuploides: nao-disjuncao na primeira ou segunda divisão celular

• Ex: Síndrome de Down (trissomia do cromossomo 21)

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Aberrações cromossômicas estruturais

• Afetam a estrutura dos cromossomos, ou seja, o numero ou o arranjo dos genes nos cromossomos

• Deficiência ou deleção: e a perda de uma porção do cromossomo, resultando na falta de um ou mais genes

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Aberrações cromossômicas estruturais• Duplicação: e o produto da presença de uma porção

extra de cromossomo, resultando na repetição de um ou mais genes

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Aberrações cromossômicas estruturais• Inversão: ocorre quando, num determinado segmento de

cromossomo, houver duas fraturas, seguidas da subsequente soldadura do fragmento mediano, agora colocado em posição invertida

Normal

Paracentrica

Pericentrica

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Aberrações cromossômicas estruturais• Translocação: ocorre quando dois cromossomos

nao-homólogos quebram simultaneamente e trocam segmentos

As translocações, inversões e deleções produzem uma esterilidade parcial pela geração de produtos meióticos (gametas) desbalanceados, que podem morrer ou gerar zigotos que morram20/04/23 42

casa Maria Rodrigues de Aguiar Farias, 53 anos, em um balde, no quintal de sua casa, em São José de Ribamar (MA) - http://www.ovetor.com.br/portal/?p=417

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