cederj de genética básica - módulo 2
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CEDERJ de genética básica...TRANSCRIPT
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Gentica Bsica
Aula 11 Casos especiais da expresso da herana monognica __________ 7 Patrick Goltsman Moreno
Aula 12 Herana extranuclear __________________________________27 Patrick Goltsman Moreno
Aula 13 Genes ligados _______________________________________41 Blanche Christine Bitner-Math
Aula 14 Mapeamento cromossmico ____________________________71 Blanche Christine Bitner-Math
Aula 15 As interaes entre genes na determinao de uma caracterstica _97 Blanche Christine Bitner-Math
Aula 16 Introduo Gentica Quantitativa: anlise de caractersticas contnuas _________________________________________ 115
Blanche Christine Bitner-Math
Aula 17 Introduo Gentica Quantitativa: os componentes da variao fenotpica ________________________________________ 135
Blanche Christine Bitner-Math
Aula 18 Observaes sobre as variaes no nmero de cromossomos das espcies __________________________________________ 157
Patrick Goltsman Moreno
Aula 19 Alteraes na estrutura dos cromossomos ______________177 Patrick Goltsman Moreno
Aula 20 Prtica de observao de cromossomos politnicos em larvas de
Drosophila ________________________________________ 197
Blanche Christine Bitner-Math
Gabarito _________________________________________205
Referncias ______________________________________ 235
SUMRIO
Volume 2 - Mdulo 2
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11Casos especiais da expresso da herana monognicaAo nal desta aula, voc dever ser capaz de:
Compreender alguns casos especiais da herana monognica.
Reconhecer padres de herana diferentes dos propostos por Mendel.
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OBJETIVOS Pr-requisitos Diviso celular e teoria cromossmica da herana.
Cromossomos sexuais.
Gentica humana e anlise de heredogramas.
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Nos cruzamentos que temos analisado at aqui, observamos que todos os
indivduos com o mesmo gentipo possuem o mesmo fentipo. Mas esse no
o caso para todas as mutaes. Nesta aula, discutiremos alguns exemplos de
caractersticas monognicas que apresentam modi caes de sua expresso
e/ou de seu padro de transmisso.
PENETRNCIA E EXPRESSIVIDADE
At agora, ns analisamos casos em que podamos distinguir os
gentipos selvagens e mutantes com 100% de preciso. Nestes casos,
dizemos que a mutao 100% penetrante. Entretanto, muitas mutaes
possuem penetrncia incompleta, que ocorre quando os indivduos no
apresentam uma caracterstica mesmo tendo o gentipo apropriado.
Desta forma, podemos de nir a penetrncia como a porcentagem
de indivduos com um determinado gentipo que exibem o fentipo
associado a esse gentipo. Um organismo pode ter um gentipo em
particular mas no expressar o fentipo correspondente devido a genes
modi cadores, epistticos ou supressores no resto do genoma, ou devido
a um efeito modi cador do ambiente.
Um exemplo de penetrncia incompleta em humanos a polidactilia
(presena de dedos e artelhos adicionais). Essa condio ocorre devido a
uma mutao dominante que se manifesta em alguns de seus portadores.
Observe o heredograma na Figura 11.1. H uma forte evidncia de
que o indivduo em questo, o homem II-2, seja portador do alelo
dominante que causa essa condio, embora ele no apresente o fentipo
caracterstico. Podemos a rmar isso pelo fato de que tanto sua me como
um de seus lhos e trs de suas irms possuem polidactilia.
I
II
III
IV
INTRODUO
a b
Figura 11.1: Polidactilia em seres humanos. a) foto mostrando o fentipo de um indivduo afetado. b) heredograma mostrando a penetrncia incompleta na transmisso dessa caracterstica autossmica dominante (os smbolos em escuro representam os indivduos afetados e a seta indica o indivduo citado no texto).
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J a expressividade mede a extenso na qual um determinado
gentipo expresso fenotipicamente. Dessa forma, indivduos com o
mesmo gentipo podem ter seu fentipo expresso em diferentes graus.
Essa diferena na expresso fenotpica tambm pode ser devida a fatores
ambientais ou variao da composio do resto do genoma. Um exem-
plo de expressividade varivel a mutao dominante do olho Lobe
em Drosophila (Figura 11.2). Podemos perceber que, apesar de todos
os indivduos terem o mesmo gentipo, sendo heterozigotos, o fentipo
associado a essa mutao extremamente varivel desde moscas que
apresentam olhos muito pequenos at moscas que apresentam olhos
grandes lobulados.
Para entender melhor os conceitos de penetrncia incompleta e
expressividade varivel, observe o esquema na Figura 11.3. Note que,
considerando que todos os indivduos apresentam o mesmo gentipo,
o conceito de penetrncia est relacionado presena ou ausncia do
fentipo correspondente, enquanto o de expressividade est relacionado
variao do fentipo.
Penetrncia incompleta
Expressividade variavel
P e n e t r n c i a incompleta e expressividade
varivel
Figura 11.2: Expressividade varivel da mutao Lobe em Drosophila. Cada indivduo heterozigoto para esta mutao dominante. Observe a variao na forma dos olhos.
Figura 11.3: Efeitos de penetrncia incompleta e expressividade varivel em uma caracterstica hipottica. a) penetrncia incompleta: indivduos com o mesmo gentipo podem apresentar (em preto) ou no apresentar (em branco) o fentipo caracterstico; b) expressividade varivel: todos os indivduos com o mesmo gentipo apresentam o fentipo, embora o grau de expresso (em tons de cinza e em preto) possa variar; c) penetrncia incompleta e expressividade varivel: indivduos com o mesmo gentipo podem apresentar ou no apresentar o fentipo caracterstico e, quando apresentam, nem sempre em seu grau mximo de expresso.
a
b
c
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IMPRINTING PARENTAL
Estudos recentes demonstram que, para alguns genes autossmi-
cos, o postulado da contribuio eqitativa dos progenitores no se
aplica. Isso porque para alguns genes observa-se que apenas um dos
alelos, paterno ou materno, normalmente expresso, fenmeno conhe-
cido como IMPRINTING parental.
Assim, o imprinting parental, descoberto no incio da dcada de
1980 em mamferos, consiste num tipo de herana em que a expresso
de um gene controlado por sua origem parental. Por exemplo, o gene
Igf2, que codi ca um fator de crescimento semelhante insulina, em
camundongos, expressa somente o alelo herdado do pai, mas no o da
me. Dizemos, ento, que esse gene sofreu imprinting materno, sendo
a cpia do gene derivada da me inativa. Contrariamente, o gene H19
de camundongo s expressa o alelo herdado da me, mas no o do pai.
Isto devido ao gene ter sofrido imprinting paterno.
Quando os alelos desses genes so analisados em nvel molecular,
observa-se que as nicas mudanas observadas entre o alelo ativo e o
inativo so grupos metila (CH3) extras presentes em algumas bases do
DNA do gene que sofreu o imprinting. Esses grupos metila so adicio-
nados e removidos enzimaticamente s bases do DNA da maioria dos
organismos superiores, sendo a Drosophila uma exceo. O nvel de
metilao normalmente est relacionado ao ESTADO TRANSCRICIONAL de um
gene: genes ativos so menos metilados do que genes inativos.
IM P R I N T I N G
O termo imprinting utilizado por transmitir a idia de que o gene foi marcado de algum modo, de forma que possa ser identi cado o seu progenitor de origem.
Voc pode aprofundar seus conhecimentos sobre os processos de metilao do DNA durante as aulas de Biologia Molecular.
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ES T A D OT R A N S C R I C I O N A L
O estado transcricional est relacionado com o
processo de ativao e inativao de
um determinado gene. Em genes
ativos o processo de transcrio ocorre
normalmente,enquanto em genes
inativos este processo bloqueado.
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Vamos tomar como exemplo o gene Igf2 em camundongos. Esse
gene metilado na linhagem germinativa feminina, mas no na linhagem
germinativa masculina (Figura 11.4). Na fertilizao, o zigoto recebe um
alelo do gene Igf2 metilado, doado pela me, e um alelo no metilado
doado pelo pai. Durante o desenvolvimento embrionrio, os estados
metilados e no metilados so mantidos em todas as clulas somticas.
Entretanto, nas clulas da linhagem germinativa do novo indivduo, o
imprinting desfeito. Ou seja, nessas clulas, as duas cpias do gene
estaro desmetiladas at que a gametognese tenha incio. A partir da,
um novo processo de metilao pode ou no ocorrer, dependendo do
sexo do indivduo. No caso do gene Igf2, se o indivduo for uma fmea,
todos os seus ovcitos portaro o alelo metilado. Mas, se o indivduo for
um macho, a espermatognese dar origem a espermatozides portando
o alelo no metilado para esse gene (Figura 11.4). Assim, o processo de
metilao refeito a cada gerao. Esse fato sugere a existncia de fatores
espec cos do sexo que controlam a maquinaria de metilao.
O alelo do gene lgf2 metilado na linhagem germinativa feminina (sofre imprimting, recebendo o grupo metila - CH3) e no-metilado na linhagem germinativa masculina. O desenvolvimento do zigoto d origem aos tecidos que formam o indivduo adulto.
A metilao mantida durante o desenvolvimento dos tecidos somticos: o alelo herdado maternalmente permanece metilado e no se expressa nas clulas somticas, enquanto que o alelo herdado paternalmente permanece no-metilado e expresso.
A metilao apagada durante o desenvolvimento dos tecidos germinativos, sendo reestabelecidas durante a ovocitognese, mas no durante a espermatognese. Isto , se o indivduo for uma fmea, todos os alelos do gene Igf2 sero metilados durante a ovocitognese, mas se o indivduo for um macho, nenhum dos alelos ser metilado durante a espermatognese, mesmo sendo cpias do alelo metilado herdado maternalmente.
Figura 11.4: Metilao e imprinting do gene Igf2 em camundongos. O gene metilado na linhagem germinativa das fmeas, mas no na dos machos.
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A conseqncia do imprinting parental que, mesmo havendo duas
cpias de cada um destes genes em cada clula, apenas uma das cpias
expressa, como nos indivduos hemizigticos. Mais ainda, dependendo
do gene em questo, a cpia inativada pode ser a de origem paterna ou
materna. Atualmente, j foram identi cados mais de 20 genes humanos
que sofrem o processo de imprinting parental, desde fatores de cresci-
mento a RNA no traduzidos, e acredita-se que possam existir centenas
destes genes entre os, aproximadamente, 30.000 genes que a espcie
humana possui.
Um exemplo interessante das conseqncias do imprinting
genmico na espcie humana o caso das sndromes de Prader-Willi e
Angelman. Apesar de a incidncia dessas sndromes ser relativamente
baixa, nos ltimos anos elas tornaram-se objeto de estudo intensivo,
por se constiturem em exemplos do fenmeno de imprinting genmico.
Essas sndromes constituem patologias clinicamente distintas, embora
ambas ocorram por perda de funo de genes na regio 15q11-q13 do
cromossomo 15. Dentro dessa regio, vrios genes so ativos apenas
no cromossomo herdado do pai, enquanto outros so ativos apenas no
cromossomo herdado da me. Portanto, se um indivduo possuir um dos
cromossomos do par 15 com uma deleo nessa regio, ele apresentar
ou a sndrome de Prader-Willi ou de Angelman, dependendo da origem
paterna ou materna do cromossomo deletado.
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COMPENSAO EM GENES LIGADOS AO CROMOSSOMO X
O desenvolvimento animal geralmente sensvel a um desequilbrio
do nmero de genes. Normalmente, nos animais encontramos cada gene
em duas cpias homlogas. Nos casos em que ocorrem desvios dessa
condio, seja para mais ou para menos, so observados fentipos
anormais que podem at levar o indivduo morte. Porm, muitas espcies
possuem um sistema de determinao sexual com fmeas apresentando
dois cromossomos X e machos com apenas um. Podemos esperar, ento,
que essas fmeas possuam duas vezes o nmero de cpias de genes
ligados ao cromossomo X se comparadas aos machos. Entretanto, por
muitos anos os geneticistas haviam observado que, em muitos casos,
fmeas homozigticas para genes dos cromossomos X no expressam a
caracterstica mais intensamente do que os machos hemizigticos. Portanto,
deveria haver algum mecanismo de compensao de dose, atravs do qual
a dose efetiva dos genes seria igualada nos dois sexos. Dois mecanismos
poderiam explicar essa diferena: (1) cada gene ligado ao cromossomo X
funciona duas vezes mais em machos do que em fmeas, ou (2) uma cpia
de cada gene ligado ao X inativada nas fmeas. Mas qual desses dois
mecanismos realmente atua no processo? Vrias pesquisas mostraram que
ambos so possveis e que espcies diferentes podem apresentar estratgias
diferentes de compensao de dose.
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Figura 11.5: Hiperativao do cromossomo X em Drosophila. O conjunto haplide de cromossomos autossmicos est representado pela letra A. Reveja o sistema de determinao do sexo em Drosophila no Quadro 6.3 da Aula 6.
Hiperativao de genes ligados ao cromossomo X em Drosophila
Em Drosophila, a compensao de dose de genes ligados ao X
obtida pelo aumento na atividade desses genes nos machos. Esse fen-
meno, chamado hiperativao, envolve um gene chamado letal sexual
(Sxl). Este gene encontra-se na forma ativa nas fmeas e inativa nos
machos. Quando seu produto gnico est ausente, como nos machos,
um complexo protico se liga a alguns stios do cromossomo X, ati-
vando a duplicao da atividade gnica. Quando o produto do gene Sxl
est presente, como nas fmeas, este complexo protico no se liga, e a
hiperativao dos genes presentes no cromossomo X no ocorre (Figura
11.5). Dessa forma, a atividade dos genes ligados ao X em machos e
fmeas de Drosophila aproximadamente a mesma.
Inativao de genes ligados ao cromossomo X em mamferos
Em 1960, Murray L. Barr observou corpsculos cromticos em
clulas nervosas de gatos fmeas, mas que eram ausentes nas clulas dos
machos. Barr e alguns colaboradores tambm identi caram esses cor-
psculos na espcie humana, nos ncleos das clulas de vrios tecidos,
inclusive no epitlio bucal. Essa estrutura passou a ser conhecida como
corpsculo de Barr ou cromatina sexual, e demonstrou ser caracterstica
das clulas de fmeas de todos os mamferos (Figura 11.6). Esse corps-
culo ca ligado face interna da membrana nuclear, onde se replica em
momento diferente do momento dos demais cromossomos da clula.
Vrios pesquisadores propuseram que a cromatina sexual e a compensa-
o de dose nos mamferos seriam condicionadas pela inativao de um
cromossomo X na fmea normal. Entre eles estava Mary F. Lyon, que,
em 1968, formalizou essa hiptese a partir de observaes citolgicas e
estudos genticos sobre a cor da pelagem em camundongos.
Aumento da expresso dos genes ligado ao cromossomo X.
Sem aumento da expresso dos genes ligados aos cromossomos X.
Desligado:
complexo protico se liga ao cromossomo X
Ligado:
complexo protico no se liga ao cromossomo X
0,5
1,0
Macho
XY AA
Fmea
XX AA
Gentipo Proporo X:A Gene SxI Expresso dos genes ligados ao X
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Figura 11.6: Corpsculo de Barr (apontados pelas setas) no ncleo de clulas femininas.
No incio do desenvolvimento de fmeas de mamferos, um dos
cromossomos X em cada clula ca inativado, tornando-se altamente
condensado e visvel como um ponto de colorao escura (corpsculo
de Barr). Essa inativao cromossmica aleatria. Em cada clula do
embrio, um ou outro X pode ser inativado mas, uma vez de nido, o
X inativado persiste em todas as clulas descendentes. Assim, as fmeas
de mamferos so mosaicos genticos contendo dois tipos celulares: as
clulas com o cromossomo X de origem materna inativado e as clulas
com o cromossomo X de origem paterna inativado. Considerando-se
que a inativao ao acaso, espera-se que metade das clulas inative um
dos cromossomos X e a outra metade inative o outro cromossomo. Mas
tambm possvel que, por acaso, um dos cromossomos seja inativado
num maior nmero de clulas do que o outro.
Figura 11.7: Inativao do cromossomo X em mamferos.
INCIO DO DESENVOLVIMENTO EMBRIOMRIO
ZIGOTO CLULAS EMBRIONRIAS (APS MUITAS MITOSES)
INDIVDUOADULTO
Cromossomo X herdado de um progenitor
Cromossomo X herdado do outro progenitor
Estas clulas embrionriasdaro origem a um setor de clulas, no indivduo adulto, que expressam apenas o alelo A1
Estas clulas embrionriasdaro origem a um setor de clulas, no indivduo adulto, que expressam apenas o alelo A2
Um dos cromossomos X inativado em processo aleatrio, durante as primeiras divises mitticas.
Uma vez definido qual cromossomo X deve ser inativado, as clulas descendentes seguiro o mesmo padro de inativao.
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Um dos exemplos que permite visualizar este mosaicismo fenotpico
o da colorao do plo em gatos. Nessa espcie, o cromossomo X
porta um dos genes responsveis pelo padro de pelagem. As fmeas
heterozigticas para esse gene (XOXo) mostram placas de plos cor laranja
e no-laranja (Figura 11.7). As placas no-laranja expressam o alelo o e
as laranjas o alelo O. Esse fentipo em mosaico chamado de casco-de-
tartaruga (do ingls tortoise-shell). Cada placa de plos de ne um clone de
clulas que foram derivadas, por mitose, de uma clula precursora onde
um ou outro cromossomo X foi inativado no incio do desenvolvimento
embrionrio da fmea heterozigtica (Figura 11.8).
cromossomo X, herdado de um dos progenitores, portando o alelo que condiciona a cor laranja na pelagem
cromossomo X, herdado do outro progenitor portanto o alelo que condiciona cor no-laranja.
Inativao aleatria do cromossomo X de um dos progenitores no incio do desenvolvimento embrionrio. No esquema, a cor indica o cromossomo que permaneceu ativo em cada uma das clulas.
Uma vez de nido o X a ser inativado, o padro se mantm nas clulas descendentes, formando setores de cores diferentes na pelagem do indivduo adulto.
EMBRIOZIGOTO ADULTO MOSAICO
Figura 11.8: Determinao do padro de pelagem em gatas heterozigticas para um gene ligado ao cromossomo X. O mosaico de cores (laranja e no-laranja) resultado da inativao aleatria do cromossomo X nas clulas embrionrias, no incio do desenvolvimento do indivduo.
O padro de determinao da cor da pelagem em gatos complexo e envolve a interao de vrios genes. Alguns desses genes esto ligados ao cromossomo X, como no exemplo do gene que determina a formao de setores laranja e no-laranja na pelagem. Outros genes, no entanto, so autossmicos, como um gene que determina a cor branca na pelagem.
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Figura 11.9: Mosaicismo somtico em mulheres hete-rozigticas para a displasia ectodrmica anidrtica. As reas sem glndulas sudo-rparas so mostradas em escuro.
Na espcie humana, embora todas as mulheres tenham um de seus
cromossomos X inativados em cada clula, esta inativao detectvel
apenas quando uma mulher heterozigota para um gene ligado ao X. Essa
condio particularmente marcante quando, como no gato tortoise-shell,
o fentipo expresso no exterior do corpo. Um exemplo amplamente conhe-
cido a displasia ectodrmica anidrtica. Os homens portadores do alelo
responsvel em sua condio hemizigtica
no tm glndulas sudorparas. Uma mulher
heterozigtica tem um mosaico de setores com
e sem glndulas sudorparas pelo corpo, como
mostrado na Figura 11.9.
Os mecanismos moleculares que causam a inativao do cromossomo
X ainda so pouco conhecidos. A anlise gentica demonstrou que tanto em
humanos quanto em camundongos ela comea em um ponto do brao longo do
cromossomo X e se espalha em ambos os sentidos para as pontas dos cromossomos
(Figura 11.10). O local onde o processo se inicia chamado centro de inativao
do X (XIC). O cromossomo X permanece na forma de corpsculo de Barr em
todos os tecidos somticos. Entretanto, nos tecidos germinativos ele reativado,
provavelmente pela necessidade de duas cpias de alguns genes para o trmino
bem-sucedido da ovocitognese.
Centro de inativao de cada cromossomo X.
Um complexo protico, repressor da inativao, se liga ao cromossomo X que no ser inativado.
Um dos cromossomo X totalmente inativado, enquanto seu homlogo
permanece ativo.
Figura 11.10: mecanismo molecular da inativao do cromossomo X. A inativao se espalha a partir do centro de inativao do cromossomo que no recebeu o complexo protico repressor.
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MANIFESTAO TARDIA
Existem casos em que a manifestao de uma mutao s ocorre
em idades avanadas; nesses casos dizemos que h manifestao tardia.
Na espcie humana, as doenas de Parkinson, Alzheimer e Huntington
so exemplos de mutaes com manifestao tardia. Vamos ver com
mais detalhes o caso da doena de Huntington.
Doena de Huntington
A doena de Huntington, muitas vezes chamada de CORIA de
Huntington, foi descrita pela primeira vez por Huntington em 1872,
em uma famlia americana de descendncia inglesa. O gene para a doena
parece ter-se difundido do noroeste da Europa para todo o mundo.
A doena de Huntington um distrbio autossmico dominante, que
apresenta um padro gentico complexo pelo incio tardio e pouco
varivel da manifestao do processo. O paciente afetado apresenta
degenerao neural causada pela perda marcante de clulas cerebrais,
levando convulso e morte prematura. Esse dano afeta a capacidade
cognitiva (pensamento, julgamento, memria), movimentos e equilbrio
emocional. Os sintomas aparecem gradualmente, em geral entre as idades de
30 e 50 anos (Figura 11.11). Entretanto, devido a sua manifestao tardia, os
sintomas normalmente aparecem depois que a pessoa teve lhos.
CO R I A
Originada da palavra grega para dana, coria se refere aos movimentos involuntrios que esto entre os sintomas comuns da doena de Huntington.
Figura 11.11: Variao na idade de manifestao dos sintomas da doena de Huntington em indivduos afetados.
IDADE (em anos)
Porc
enta
gem
de
tod
as a
s p
esso
as
afet
adas
pel
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oen
a, d
entr
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sd
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lelo
.
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De forma semelhante s demais condies dominantes, cada lho
de um portador do alelo anormal tem 50% de chances de apresentar
a doena. Esse padro levou a uma grande busca para encontrar
meios de identi car pessoas que tm o alelo anormal antes do incio
da manifestao da doena. A aplicao de tcnicas moleculares tem
resultado em um promissor procedimento de triagem. Assim, o gene cujo
alelo mutante causa a doena de Huntington (HD) foi isolado em 1993,
e seu produto protico, a huntingtina, foi identi cado. No entanto, uma
vez que a funo desse gene da doena seja totalmente compreendida,
ainda poder haver um longo tempo at que uma terapia efetiva para a
doena de Huntington seja estabelecida.
ANTECIPAO GENTICA
Uma outra caracterstica de algumas mutaes apresentar o
fenmeno de antecipao gentica. O conceito de antecipao j era
popular entre os mdicos no sculo XIX. Eles observavam que algumas
doenas hereditrias comeam mais cedo e seguem um curso mais grave
medida que passam atravs das geraes: o av parecia ser menos
gravemente afetado; o pai j apresentava sintomas mais graves e no lho
a doena se expressava com toda fora.
Mas como isso se explica? Apesar de a maior parte do DNA ser
transmitida para a prole como cpias exatas, existem casos excepcionais.
Pode haver, por exemplo, um aumento ou decrscimo no nmero de
repeties de uma seqncia de trinucleotdeos encontradas em certos
genes. A variao geralmente ocorre quando os genes passam dos
genitores para os descendentes, devido instabilidade dessas regies
que contm seqncias repetidas. Esse fenmeno chamado expanso de
repetio de trinucleotdeos, e tem um papel importante na transmisso
de algumas doenas genticas humanas. A doena de Huntington e a
sndrome do X frgil so exemplos desse fenmeno.
Doena de Huntington
Os estudos moleculares demonstraram que a mutao respon-
svel pela doena de Huntington corresponde a um aumento na
repetio de trinucleotdeos (CAG) situada na regio do gene HD
do cromossomo 4. Essa expanso CAG do gene HD polimrfica na
populao. As pessoas no afetadas tipicamente tm de 8 a 36 cpias
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CEDERJ20
desta repetio. As pessoas com doena de Huntington podem ter de
39 a mais de 120 repeties em pelo menos um dos alelos que portam.
Indivduos com expanso entre 37 a 39 repeties podem apresentar
manifestaes clnicas ou no. Quanto maior o nmero de expanses,
mais precoce a apresentao clnica da doena. Porm, ainda no est
claro se a gravidade da doena tem correlao com o nmero de expanses.
O processo de expanso do nmero de repeties CAG ocorre
durante a meiose e transmitida atravs dos gametas prxima gerao.
Como resultado, a criana que herdar o alelo mutante do gene HD pode
apresentar um fentipo diferente de seus pais, alm de alterao na idade
de manifestao da doena (Figura 11.12).
Sndrome do cromossomo X frgil
J no sculo XIX se tinha observado que, entre os indivduos
internados em instituies para de cientes mentais, a freqncia de
homens cerca de 25% maior que a das mulheres. Hoje se sabe que
este excesso de homens , pelo menos em parte, devido ao grande nmero
de doenas associadas a retardo mental que determinado por genes do
cromossomo X. A sndrome do cromossomo X frgil a mais freqente
dessas doenas e afeta cerca de 5% dos de cientes mentais. , assim, a
segunda causa gentica de retardo mental, s suplantada em freqncia
Joo1878-1952
HD - 52 anos(44, 2)
Catarina1920-1978
HD - 49 anos(10, 49)
Dbora1883-1954
(8, 13)
Paulo1920 -(4, 11)
Roberto1940
(15, 8)
Eduardo1968 -
HD - 28 anos (89, 12)
Carlos1968 -
HD - 30 anos (89, 12)
Sabrina1990 -
HD - 13 anos (95, 13)
Raquel1970 -
(19, 10)
Renata1949 - (3, 7)
Augusto1947 - 1996
HD - 39 anos (15, 57)
Luiza1950 - (18, 9)
Miguel1939 - 2003
(11, 5)
Ana1965 - (14, 8)
Joo1963 - (6, 2)
Fernanda1988 - (4, 19)
Felipe1991 -
(11, 21)
Figura 11.12: Heredograma representando a transmisso da doena de Huntington em uma famlia. HD indica a idade em que ocorreu a manifestao dos sintomas da doena. Os nmeros entre parnteses correspondem ao nmero de repeties de trinucleotdeos (CAG) na regio do gene HD, em cada um dos homlogos do cromossomo 4. Procure identi car em cada indivduo o homlogo recebido de cada um dos pais. Veri que, tambm, em que meioses o nmero de repeties foi alterado.
Maria1945 -
HD - 45 anos (63, 6)
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pela sndrome de Down. Entretanto, ao contrrio da sndrome de Down,
que no tende a se repetir nas famlias, a sndrome do cromossomo X frgil
tem alto risco de recorrncia nos familiares dos afetados.
A designao da sndrome decorre do fato de o cromossomo X dos
afetados apresentar uma falha no seu brao longo, quando suas clulas
so cultivadas em condies de de cincia de cido flico ou que afetem
o metabolismo das bases nitrogenadas necessrias para a sntese do DNA.
Esse cromossomo denominado X frgil ou (fra)X.
Em 1991, cientistas europeus e americanos descobriram o gene
denominado FMR1 (fragile X mental retardation) causador da sndrome
do X frgil. Nas pessoas portadoras da sndrome, um defeito no gene
FMR1, denominado mutao completa, impede a produo da protena
FMRP, causando o conjunto de sintomas que do origem doena. A falta
da protena parece apenas atrasar o desenvolvimento dos neurnios, sem
dani c-los ou destru-los. Outros indivduos so apenas portadores, no
exibindo seus sintomas caractersticos. Eles possuem apenas um ligeiro
defeito no gene FMR1, a que se d o nome de pr-mutao. Nas pessoas
do sexo masculino portadoras da sndrome, 20% encontram-se em pr-
mutao, sendo os restantes 80% mutaes completas. J no sexo feminino,
as porcentagens respectivas so de 50%.
Os homens portadores da sndrome do X frgil passam, atravs do
cromossomo X, a pr-mutao a todas as suas lhas, porm, nunca aos seus
lhos (que herdam o cromossomo Y). As mulheres portadoras, como tm 2
cromossomos X sendo um carregando o gene afetado, tm probabilidade
de 50% de o passarem para qualquer lha ou lho. A pr-mutao pode ser
passada silenciosamente para sucessivas geraes de uma famlia antes de haver
uma criana afetada com a doena na forma de uma mutao completa.
Os indivduos afetados pela sndrome do X frgil apresentam
uma extensa regio de DNA constituda por uma seqncia de
trinucleotdeos de CGG com freqncia de mais de 200 repeties na
extremidade 5 do gene FMR1. Nestes indivduos, esse gene geralmente
se encontra completamente metilado, impedindo a produo da protena
FMRP. Enquanto na populao em geral o nmero de repeties desse
trinucleotdeo varia de 6 a 50, nos indivduos portadores da pr-mutao
detecta-se um nmero intermedirio de repeties (entre 50 e 200). Esta
regio, geralmente, no encontra-se metilada, podendo, dessa forma,
produzir a protena FMRP.
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Gentica Bsica | Casos especiais da expresso da herana monognica
CEDERJ22
O estudo da transmisso do gene alterado mostrou que os homens
com a pr-mutao a transmitem para suas lhas com o nmero de
repeties praticamente inalterado (Figura 11.13.a). Mas, quando
transmitida por uma mulher, a pr-mutao pode sofrer aumento no
nmero de repeties de trinucleotdeos, cando ainda na categoria
de pr-mutao ou transformando-se numa mutao completa (Figura
11.13.b). As mulheres com mutaes com maior nmero de repeties
so aquelas com maior risco de ter crianas afetadas. Sendo assim, o
risco para a prole de mulheres portadoras da pr-mutao maior a cada
gerao. Entretanto, nas mulheres o quadro clnico , em geral, menos grave
provavelmente pela compensao de dose do cromossomo X.
Figura 11.13: Representao esquemtica do padro de herana da sndrome do cromossomo X frgil. (a) Homem portador de pr-mutao; (b) mulher portadora de pr-mutao.
a b
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R E S U M O
Determinadas caractersticas apresentam padres diferenciados de herana gentica.
Algumas mutaes possuem penetrncia incompleta, que ocorre quando os indivduos
no apresentam uma caracterstica, mesmo tendo o gentipo apropriado. Outras
mutaes podem apresentar uma expressividade varivel, ou seja, uma variao
no padro de manifestao do fentipo em indivduos que apresentam o mesmo
gentipo. J o imprinting parental consiste num tipo de herana em que a expresso
de um gene controlada por sua origem parental. Nesses casos, observa-se que apenas
um dos alelos, paterno ou materno, normalmente expresso.
Em muitos casos, ao contrrio do que se poderia imaginar, fmeas homozigticas para
genes dos cromossomos X no expressam a caracterstica mais intensamente do que os
machos hemizigticos. Esse fato pode ser explicado pela existncia de dois mecanismos
de compensao de dose: (1) hiperativao de genes ligados ao cromossomo X como
em machos de Drosophila; ou (2) inativao de um dos cromossomos X como nas
fmeas de mamferos. Neste ltimo caso, uma fmea heterozigtica para um alelo
ligado ao X capaz de apresentar mosaicismo fenotpico.
Apesar de a maior parte do DNA ser transmitida para a prole como cpias exatas,
existem casos excepcionais. Pode haver um aumento ou decrscimo no nmero de
repeties de uma seqncia de trinucleotdeos quando certos genes passam dos
genitores para os descendentes. Esse fenmeno, chamado expanso de repetio
de trinucleotdeos, pode causar a antecipao de determinadas mutaes, sendo
responsvel por uma srie de doenas humanas, como a doena de Huntington
e a sndrome do X frgil.
INFORMAO SOBRE A PRXIMA AULA
Na prxima aula discutiremos um padro espec co de herana gentica: a herana extranuclear,
ou seja, de genes localizados fora do ncleo.
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A
EXERCCIOS
1. No heredograma a seguir, os indivduos em negrito apresentam fentipo
dominantes controlado por um gene autossmico. O que este heredograma
sugere sobre o fentipo do indivduo A e o que voc pode deduzir sobre o seu
gentipo?
2. A maioria dos heredogramas mostra a polidactilia como sendo uma anomalia
rara herdada de modo autossmico dominante, mas os heredogramas de algumas
famlias no se ajustam aos padres esperados para tal herana. Um deles
mostrado a seguir (os losangos claros mostram o nmero de pessoas no afetadas
cujo sexo no foi informado).
a) Que irregularidade este heredograma mostra?
b) Que fenmeno gentico este heredograma ilustra?
3. No heredograma a seguir est apresentada uma famlia afetada por duas
anomalias genticas. Em preto esto os indivduos afetados pela esclertica azul,
que deixa na e azulada a camada externa dos olhos. A barra (/) representa os
indivduos afetados pela presena de ossos quebradios.
1 2
1 2 114 5 1098763
115 109876 12 13 14 15 16 17
5 9876
4
4
I
II
III
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a) Estas duas anomalias so causadas pelo mesmo gene ou por genes diferentes?
Justi que sua resposta.
b) O(s) gene(s) (so) autossmico(s) ou ligado(s) ao X? Por qu?
c) O heredograma mostra alguma evidncia de penetrncia incompleta ou
expressividade varivel?
4. O que voc entende por imprinting parental? Como o imprinting afeta molecu-
larmente os genes?
5. O heredograma abaixo da doena de Huntington (HD), um distrbio do
sistema nervoso de manifestao tardia. As barras inclinadas indicam os membros
da famlia que j morreram.
1 2
1 2 114 5 1098763
115 109876 12 13 14 15 16 17
5 9876
4
4
I
II
III
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3
12 13 14 15
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321 1110 12 13
esclertica azul ossos quebradios
1 2
1 2 4 5 763
5 876
5 6
4
4
I
II
III
IV
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1Susana Alan
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a) Este heredograma compatvel com que modo de herana?
b) Considere as duas crianas recm-nascidas na gerao V do heredograma, Susana
e Alan. Estudando o gr co abaixo, calcule a chance da cada um ter herdado o
alelo que causa a doena, e formule uma opinio sobre a possibilidade de eles
desenvolverem HD. Suponha, nessa discusso, que os genitores tiveram os lhos
aos 25 anos de idade.
Po
rcen
tag
em d
e p
esso
as a
feta
das
pel
a d
oen
a
den
tre
tod
as a
s p
ort
ado
ras
do
ale
lo
Idade em anos
0 10 20 30 40 50 60 70 80
50
100
6. O heredograma abaixo o exemplo de uma famlia portadora do alelo para a
sndrome do X frgil, um caso de antecipao gentica. Os indivduos em negrito
so afetados, apresentando retardo mental. Como voc explicaria o padro de
transmisso apresentado? XF indica que o gene possui um nmero de repeties
de CGG maior do que o normal.
XFY XX
XFX XY
XFY XFX XFY XFX
XY
XY XXIII
II
I1 2
1 2
1 2 3 4 5 6
7- As mulheres que possuem a sndrome de X frgil apresentam, em geral, um
quadro clnico menos grave do que os homens, provavelmente devido ao mecanismo
de compensao de dose do cromossomo X. Explique como a compensao de
dose nas mulheres pode abrandar os sintomas desta sndrome.
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12Herana extranuclearAo nal desta aula, voc dever ser capaz de:
Reconhecer a existncia de genes extranucleares, sua organizao e padro de transmisso.
Identi car as principais doenas humanas causadas por mutaes em genes mitocondriais.
Compreender a importncia do uso de DNA mitocondrial em estudos sobre a evoluo.
au
la
OBJETIVOS Pr-requisitos Diviso celular e ciclos reprodutivos.
Teoria cromossmica da herana.
Estrutura do DNA.
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Gentica Bsica | Herana extranuclear
CEDERJ28
Os conceitos, tal como os reconhecemos, so ao mesmo tempo
o produto e o processo de uma atividade de construo mental da
realidade... No so simples imagens ou representaes mentais,
mas sim indicadores de um modelo, um tipo de discurso intelectual,
em resposta a um problema ou uma srie de problemas.
Andr Giordan
Como voc j sabe, a maior proporo do DNA dos organismos
eucariticos encontrada nos cromossomos nucleares. Porm, na aula
de hoje veremos que existem duas organelas celulares as mitocndrias
e os cloroplastos que apresentam tipos particulares de cromossomos.
Estes cromossomos contm genes que codificam funes especficas
dessas organelas. O cromossomo mitocondrial chamado de mtDNA e o
cromossomo do cloroplasto de cpDNA, sendo o nmero de genes nesses
cromossomos pequeno em relao ao nmero de genes nucleares. Por
exemplo, o genoma nuclear humano consiste em aproximadamente 3109
pares de bases (pb) contendo cerca de 30.000 genes, enquanto o DNA
mitocondrial tem cerca de 16.000 pb com 37 genes conhecidos. Os genes de
mitocndrias e cloroplastos so, em geral, espec cos para cada uma dessas
organelas e no possuem cpias nos cromossomos nucleares. No entanto,
j foram identi cadas algumas cpias inativas de genes extranucleares nos
cromossomos nucleares.
Mas qual ser a origem do material gentico presente nas mito-
cndrias e nos cloroplastos? A hiptese mais aceita de que essas organelas
celulares surgiram a partir de organismos endossimbiontes. As clulas
pr-eucariticas ancestrais teriam sido invadidas em diferentes pocas
por organismos procariontes fotossintetizantes e no-fotossintetizantes que
estabeleceram uma simbiose mutuamente ben ca e, no curso da evoluo,
originaram, respectivamente, os cloroplastos e as mitocndrias presentes
nas clulas dos eucariontes modernos.
Os cromossomos de cloroplastos e mitocndrias possuem algumas
caractersticas que os diferem dos cromossomos nucleares. Em geral, os
cromossomos dessas organelas so circulares, embora existam evidncias de
que podem adquirir formas lineares. Outras diferenas incluem possuir um
grau de condensao menor quando comparado aos cromossomos nucleares
e estarem presentes em centenas ou milhares de cpias por clulas.
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Assim como os genes nucleares, os genes de organelas sofrem
mutaes pontuais, como delees e substituies, e rearranjos
cromossmicos. No mtDNA de mamferos, por exemplo, a taxa de
substituio de pares de bases aproximadamente 10 vezes mais alta que
a dos genes nucleares.
Muitas dessas mutaes so expressas como fentipos anormais
e, como as mitocndrias e cloroplastos esto relacionados produo
energia, o fentipo mutante normalmente tem crescimento lento ou de
aspecto anormal.
A descoberta do DNA de cloroplastos e mitocndrias foi antecipada
pelos estudos que apontaram, no incio do sculo XX, a existncia de
fatores hereditrios fora do ncleo. Os primeiros estudos eram realizados
com plantas, que possuem tanto cloroplastos como mitocndrias. Desta
forma, era difcil identi car qual das duas organelas era responsvel
pela herana no-nuclear. Estudos posteriores utilizaram leveduras, para
as quais o envolvimento de cloroplastos podia ser excludo. Atravs
desses estudos os cientistas puderam concluir que a hereditariedade
das organelas no segue as regras mendelianas, caracterizando-se por
contribuies desiguais dos dois genitores. Acompanharemos, a seguir,
alguns desses estudos clssicos.
VARIEGAO DE FOLHAS EM ANGIOSPERMAS
Eventualmente, as folhas de plantas apresentam um padro
marcante de variegao de cor: alguns setores da folha tm colorao
verde e outros, branca, podendo existir tonalidades intermedirias de
verde claro ou amarelo-esverdeado (Figura 12.1). A variegao das
folhas despertou o interesse de muitos pesquisadores, principalmente
por suas qualidades ornamentais. Esse fentipo pode ser explicado pela
distribuio de diferentes tipos de cloroplastos durante a multiplicao
celular. Alguns dos cloroplastos possuem o alelo capaz de sintetizar o
pigmento verde e outros no. Quando uma clula se divide, os dois tipos
de cloroplastos so distribudos de modo aleatrio para as clulas- lhas.
Aps algumas divises, uma distribuio irregular pode produzir uma
clula que no tenha cloroplastos produtores de pigmento. Essa clula ir
ento proliferar em um setor branco da folha. Esses setores so irregulares
em tamanho, forma e posio.
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Gentica Bsica | Herana extranuclear
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Figura 12.1: Exemplos de variegao de cor em folhas de plantas.
Os primeiros estudos sobre a herana da variegao em folhas
foram realizados pelos botnicos alemes Carl Correns e Erwin Baur.
Correns trabalhou com linhagens variegadas de maravilha (Mirabilis
jalapa), uma planta ornamental. Em seus experimentos, Correns cruzou
ores normais com ores originrias de setores brancos das plantas
variegadas. Ele observou que a prole de tais cruzamentos era sempre
fenotipicamente semelhante ao tecido que produziu os gametas femininos
(Figura 12.2). Assim, um cruzamento feito pela fertilizao de ovcitos
de uma planta verde com plen de um setor branco de uma planta
variegada produziu apenas prole verde. Entretanto, um cruzamento feito
com ovcitos de um setor branco em uma planta variegada e plen de uma
planta verde produzia apenas prole branca pura. Essa herana materna
s podia ser explicada caso a cor da planta fosse controlada por fatores
que eram transmitidos pelos ovcitos mas no pelo plen.
P Planta verde X Planta variegada P Planta variegada X Planta verde
plen provenienteda regio branca
vulos provenientesda regio branca
F1 100% plantas verdes F1 100% plantas brancas
Figura 12.2: Experimentos de Correns sobre a herana de variegao de folhas em Mirabilis. a) cruzamento entre planta verde (fonte dos gametas femininos) e planta variegada (fonte dos gametas masculinos; plen retirado da regio branca). b) cruzamento recproco entre planta variegada (fonte dos gametas femininos; vulos retira-dos da regio branca) e planta verde (fonte dos gametas masculinos). Em ambos os casos, a prole apresentou o fentipo da planta doadora dos gametas femininos, um caso de herana materna estrita.
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Na Mirabilis, os cloroplastos so transmitidos para a prole pelas
clulas reprodutivas femininas, mas so inteiramente excludos das clulas
reprodutivas masculinas. Portanto, os cloroplastos eram os candidatos
bvios para conter esses fatores. Quando uma planta herda uma mistura
de cloroplastos pigmentados e no pigmentados do seu progenitor, seus
tecidos podem variegar porque os dois tipos de cloroplastos se distribuem
aleatoriamente durante seu desenvolvimento.
Baur estudou a variegao das folhas em outra espcie ornamental,
Pelargonium zonale. Nessa planta, os cruzamentos entre as linhagens
verde e variegada produzem uma mistura de prole, algumas verdes,
algumas variegadas e algumas brancas puras. Entretanto, esses fentipos
no aparecem nas propores mendelianas (Figura 12.3). Esta herana
biparental no-mendeliana indica que a cor das folhas de Pelargonium
determinada por uma mistura de fatores maternos e paternos situados
fora do ncleo, provavelmente nos cloroplastos. Dessa forma, ca
evidente que nessa espcie os cloroplastos so transmitidos tanto pelo
plen como pelo ovcito. Contudo, a base molecular da variegao das
folhas ainda desconhecida.
P Planta verde X Planta variegada P Planta variegada X Planta verde
plenprovenienteda regio branca
vulos provenientesda regio branca
F1 Propores no-mendelianas de plantas F1 Propores no-mendelianas de plantas
verdes variegadas brancas verdes variegadas brancas
Figura 12.3: Experimentos de Baur sobre a herana de variegao em folhas de Pelargonium. a) cruzamento entre planta verde (fonte dos gametas femininos) e planta variegada (fonte dos gametas masculinos; plen retirado da regio branca). b) cruzamento recproco entre planta variegada (fonte dos gametas femininos; vulos retirados da regio branca) e planta verde (fonte dos gametas masculinos). Em ambos os casos, trs tipos de plantas foram obtidas, em propores no-mendelianas, um caso de herana biparental no-mendeliana.
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RESISTNCIA A ANTIBITICOS EM CHLAMYDOMONAS
As algas verdes fotossintetizantes so uma parte importante
da biosfera. Uma espcie terrestre, a Chlamydomonas reinhardtii, foi
amplamente usada em pesquisas genticas. A Chlamydomonas reinhardtii
um organismo haplide unicelular que contm um nico cloroplasto grande e
vrias mitocndrias. Nessa espcie existem dois tipos reprodutivos diferentes,
representados por (+) e (). As clulas de tipos reprodutivos diferentes se
fundem e produzem um zigoto diplide. Esse zigoto, ento, sofre meiose e
origina quatro clulas haplides, sendo duas (+) e duas ().
Em 1954, Ruth Sager, uma geneticista americana, descobriu que
a resistncia a antibiticos na Chlamydomonas herdada de modo no-
mendeliano. Sager cruzou indivduos (+) mutantes que apresentavam
resistncia ao antibitico estreptomicina (stm-r) com indivduos ()
sensveis a esse antibitico (stm-s) (Figura 12.4). Toda a prole apresentava
resistncia ao antibitico. Em seguida, Sager cruzou indivduos ()
resistentes estreptomicina com indivduos (+) sensveis, obtendo uma
prole inteiramente sensvel. Os estudos mostraram que a resistncia ou
sensibilidade estreptomicina em Chlamydomonas controlada por um
fator com padro de transmisso no-mendeliano.
Figura 12.4: Experimentos de Sager sobre a herana da resistncia estreptomicina em Chlamydomonas rein-hardtii. a) cruzamento entre linhagem (+) resistente e linhagem () sensvel. b) cruzamento recproco entre linhagem () resistente e linhagem (+) sensvel. Em ambos os casos, a prole apresentou o fentipo da linhagem parental (+), um caso de herana uniparental.
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Figura 12.5: Segregao no-mendeliana de (a) mutaes petites neutras e (b) petites supressivas em leveduras.
A resistncia ou a sensibilidade, nesse caso, sempre herdada pelo
citoplasma da clula (+), num caso de herana uniparental. Sager logo
descobriu outras caractersticas que seguiam esse padro de herana. Esses
fenmenos foram nalmente esclarecidos quando foi descoberto DNA
no cloroplasto de Chlamydomonas. Tanto as clulas (+) quanto as ()
possuem esse DNA, porm, quando ocorre o cruzamento, o cloroplasto
da clula () degradado e apenas o cloroplasto da clula (+) transmitido
s clulas- lhas.
DEFEITOS METABLICOS EM LEVEDURAS
Algumas linhagens mutantes em leveduras formam pequenas colnias
quando cultivadas em meio contendo glicose. Essas linhagens so chamadas
mutantes petites (pequenas em francs). Experimentos demonstraram que
as linhagens petites sofrem de um defeito no metabolismo de glicose. Esse
defeito causado pelas mitocndrias dessas clulas que so malformadas,
no contendo muitas das macromolculas encontradas nas mitocndrias
selvagens. Dessa forma, a mitocndria ca impossibilitada de realizar o
metabolismo aerbico, gerando clulas de tamanho reduzido.
As primeiras anlises genticas da condio petite foram feitas pelo
pesquisador francs Boris Ephrussi nas dcadas de 1940 e 1950. Sua anlise
revelou a existncia de duas classes de mutantes: os petites neutros e os petites
supressivos. Os mutantes petites neutros so caracterizados pela inabilidade
de transmitir o fentipo petite para a prole em um cruzamento com linhagens
selvagens. Nesses cruzamentos, todos os quatro haplides originrios do
cruzamento crescem em colnias grandes, sugerindo que a mutao petite tenha
sido perdida (Figura 12.5.a). Em contraste, os mutantes petites supressivos so,
em condies apropriadas, capazes de transmitir o fentipo petite para toda a sua
prole, sugerindo que a condio tipo selvagem foi perdida (Figura 12.5.b).
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Gentica Bsica | Herana extranuclear
CEDERJ34
A base molecular dos dois tipos de mutantes petite foi determinada
nas dcadas de 1970 e 1980. Os petites neutros no tm nenhum DNA mito-
condrial, e os petites supressivos tm um DNA mitocondrial muito mutado.
Um cruzamento entre um mutante petite neutro e o tipo selvagem produz
zigotos que herdam mitocndrias de ambos os genitores. Entretanto, apenas
as mitocndrias do genitor tipo selvagem contm algum DNA. Quando
esses zigotos sofrem meiose e formam esporos, o DNA mitocondrial tipo
selvagem distribudo para cada um dos quatro ascsporos (os ascomicetos
tm ciclo de vida do tipo haplobionte haplonte, veja Aula 3). medida
que eles crescem e se multiplicam, desenvolvem-se mitocndrias saudveis
e funcionais, permitindo que as clulas faam o metabolismo aerbico,
produzindo colnias de tamanho normal (Figura 12.6.a).
Um cruzamento entre um mutante supressivo petite e uma
linhagem tipo selvagem produz zigotos com DNA mitocondrial de ambos
os progenitores. Se esses zigotos forem esporulados imediatamente, os
ascsporos resultantes herdam apenas o mtDNA mutante e crescem em
colnias petite. Entretanto, se os zigotos forem primeiro propagados
mitoticamente em cultura lquida e ento esporulados, cada ascsporo herda
o mtDNA tipo selvagem e cresce em colnias grandes (Figura 12.6.b). Esses
resultados sugerem que o mtDNA mutante inicialmente tem algum tipo de
vantagem, suprimindo o DNA tipo selvagem. Acredita-se que, por diferenas
no tamanho e na estrutura do mtDNA tipo mutante, sua replicao mais
rpida. Entretanto, durante a propagao mittica, a replicao do mtDNA
tipo selvagem se iguala do mutante e por m a ultrapassa.
Figura 12.6: Herana de mtDNA em cruzamentos entre linhagens petite neutra e selvagem (a), e entre linha-gens petite supressiva e selvagem (b), em levedura. O mtDNA mutante da linhagem petite supressiva possui um tamanho menor do que o mtDNA selvagem, devido perda de segmentos cromossmicos.
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DOENAS MITOCONDRIAIS HUMANAS
O mtDNA humano consiste em um cromossomo em forma de
anel, com cerca de 17.000 pares de bases que codi cam 13 polipeptdeos
que participam da via mitocondrial produtora de energia (fosforilao
oxidativa). A maioria das protenas necessrias para o desenvolvimento
das prprias mitocndrias produzida por genes nucleares. Assim,
algumas das doenas devidas ao mau funcionamento das mitocndrias
so causadas por defeitos nesses genes, seguindo o padro mendeliano
clssico de herana. Por outro lado, as doenas provenientes de defeitos
em genes do genoma mitocondrial so transmitidas como as prprias
mitocndrias, isto , da me para toda a prole, independente do sexo.
Entretanto, considerando o grande nmero de mitocndrias que um
ovcito contm, e o nmero de genomas por mitocndria (de 5 a 10
molculas de mtDNA), no surpreendente que uma criana possa herdar
de sua me mais que um tipo de genoma mitocondrial.
As clulas que contm dois ou mais tipos diferentes de genomas
mitocondriais so chamadas heteroplsmicas. Durante o seu desenvolvimento,
um dos genomas pode se tornar, aleatoriamente, mais abundante at
constituir linhagens de clulas homoplsmicas, onde s ser encontrado
um nico tipo de genoma mitocondrial. Isto pode explicar em parte
a enorme variao fenotpica entre indivduos com a mesma doena
mitocondrial. A seguir, discutiremos algumas das doenas mitocondriais
que afetam a espcie humana.
Atro a ptica de Leber
Esta doena caracteriza-se pela morte do nervo ptico nos adultos,
ocasionando uma sbita perda de viso. Os homens so mais freqente
e gravemente afetados que as mulheres, sendo grande a variao na
gravidade da doena em ambos os sexos. Como seria de se esperar
para uma mutao mitocondrial, a atro a ptica de Leber herdada
estritamente pela linhagem materna; no sendo conhecida transmisso
pelos homens. As anlises moleculares demonstraram que essa doena
possui heterogeneidade gentica, ou seja, pode ser causada por mutaes
em um dentre os vrios genes mitocondriais que codi cam as protenas
envolvidas no processo de fosforilao oxidativa, reduzindo a e cincia
desse processo. Essa reduo de e cincia pode ser su cientemente grande
para destruir o funcionamento do nervo ptico e causar a cegueira total.
Na fertilizao, o vulo contm cerca de 200.000 mtDNAs. Uma vez ferti-lizado, o DNA nuclear se replica e o zigoto sofre clivagem, mas o mtDNA no se replica at a for-mao do blastocisto. Como as clulas do blasto-cisto que iro formar o embrio propriamente dito constituem apenas uma frao de todas as suas clulas, poucas molculas de mtDNA do vulo so encontradas nas clulas germinativas primordiais. Entretanto, questionvel se esse mecanismo suficiente para criar uma populao homognea de mtDNA nas clulas humanas.
!
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Sndrome de Pearson
A sndrome de Pearson caracterizada pela perda de clulas da
medula ssea durante a infncia, sendo geralmente fatal. Pacientes afetados
por essa sndrome possuem uma deleo relativamente grande no mtDNA,
sendo essa a causa do desencadeamento da doena. As pessoas doentes quase
nunca tm os genitores afetados, o que sugere que a deleo responsvel
provavelmente ocorre espontaneamente durante o desenvolvimento da
criana ou durante a ovocitognese da me. As pessoas com sndrome de
Pearson tm uma mistura de mtDNA deletado e normal um exemplo de
heteroplasmia mitocondrial.
DNA MITOCONDRIAL E O ESTUDO DA EVOLUO HUMANA
O estudo da evoluo humana sempre foi um assunto que fascinou
os cientistas e, at o desenvolvimento da Biologia Molecular, dependia
da anlise de fsseis raros fragmentos de ossos, dentes e utenslios. No
entanto, hoje em dia, a evoluo humana, e de outras espcies, pode
ser estudada comparando-se as seqncias de DNA. Cada seqncia de
DNA descende de uma seqncia que estava presente em um organismo
ancestral. Assim, as seqncias de DNA que encontramos hoje re etem
as seqncias de DNA dos organismos fsseis transmitidas por muitas
geraes. Nesse processo, as seqncias de DNA sofreram uma srie de
mutaes que so encontradas nos organismos atuais.
Alguns dos mais esclarecedores estudos da evoluo humana
envolvem a anlise de DNA mitocondrial. Existem trs motivos pelos quais
o mtDNA considerado to til: (1) ser transmitido exclusivamente pela
mulher; (2) no sofrer recombinao; (3) evoluir mais rpido que o DNA
nuclear. A estrita transmisso materna do mtDNA e a no ocorrncia de
recombinao permitem que os cientistas rastreiem seqncias modernas
de DNA at uma ancestral feminina comum. J a sua rapidez da evoluo
permite que sejam detectadas mudanas genticas signi cativas em um
perodo relativamente curto de tempo, se comparado ao DNA nuclear.
Os primeiros estudos do mtDNA humano, no incio da dcada
de 1980, demonstraram a existncia de relativamente pouca variao no
mtDNA de populaes humanas diferentes, sendo as maiores variaes
encontradas em populaes africanas. Tendo em vista a taxa estimada
para evoluo do mtDNA, esses estudos indicavam que os seres humanos
modernos se originaram nos ltimos 200.000 anos na frica. Embora
essas concluses fossem inicialmente controversas, diversos trabalhos
posteriores as reforaram.
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As mitocndrias contm mltiplas cpias de um pequeno cromossomo circular
com genes cujas funes esto relacionadas fosforilao oxidativa e sntese
de protenas mitocondriais. Os cloroplastos tambm possuem muitas cpias de
um nico cromossomo circular de DNA que contm genes relacionados com a
fotossntese e a produo de protenas estruturais dessa organela. Mutaes em
alguns desses genes levam a defeitos nos sistemas de produo de energia e,
portanto, a um crescimento lento ou anormal.
Genes localizados em diferentes tipos de DNA extranuclear apresentam padres de
herana no-mendelianos, como herana materna, biparental ou uniparental.
Nos humanos, a maioria das protenas necessrias para o desenvolvimento das
mitocndrias produzida por genes nucleares. Assim, algumas das doenas devidas
ao mau funcionamento das mitocndrias so causadas por defeitos nesses genes,
que seguem os padres mendelianos clssicos de transmisso da herana. Por outro
lado, as doenas provenientes de defeitos em genes do genoma mitocondrial
so transmitidas como as prprias mitocndrias, isto , da me para toda a prole,
independente do sexo.
Atualmente, diversos estudos em Biologia Evolutiva vm empregando a anlise do
DNA mitocondrial. A estrita transmisso materna do mtDNA e a no ocorrncia de
recombinao permitem que os cientistas rastreiem seqncias modernas de DNA
at uma seqncia ancestral comum. J a rapidez da sua evoluo permite que
sejam detectadas mudanas genticas signi cativas em um perodo relativamente
curto de tempo, se comparado ao DNA nuclear.
Voc ter a oportunidade de aprofundar seus conhecimentos sobre o uso da anlise do mtDNA em estudos evolutivos na disciplina Evoluo.
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EXERCCIOS
1. Plantas, tais como as do gnero Mirabilis, podem ter setores verdes, verde-claros
e brancos em suas folhas devido variao em genes localizados no cpDNA. Se tais
setores derem origem a estruturas reprodutivas da planta, que caractersticas de
cor cada setor dever transmitir atravs de gametas masculinos e femininos?
2. Uma linhagem (+) de Chlamydomonas resistente ao antibitico espectinomicina
foi cruzada com uma linhagem (-) resistente ao antibitico estreptomicina. Sabe-
se que os genes para resistncia a esses dois antibiticos residem no cpDNA.
Aps os cruzamentos, toda a prole era resistente espectinomicina e sensvel
estreptomicina. Explique o porqu.
3. Duas linhagens mutantes petite de levedura (M1 e M2) que produziam colnias
pequenas quando cultivadas em meio rico em glicose foram cruzadas com
linhagens do tipo selvagem. O cruzamento que incluiu a linhagem M1 resultou
numa prole toda do tipo selvagem, enquanto o cruzamento que incluiu a linhagem
M2 produziu toda a prole com colnias pequenas. A partir do seu conhecimento
sobre a mutao petite em leveduras, interprete os resultados e d uma explicao
para o ocorrido em ambos os cruzamentos.
4. O heredograma abaixo mostra uma doena humana rara. Qual o padro de
herana mais provvel para essa doena?
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5. A expresso da cardiomiopatia hereditria em humanos pode ser de branda
a grave, com a expresso grave em geral resultando em morte prematura. O
heredograma seguinte mostra a ocorrncia (indivduos claros) e a gravidade da
cardiomiopatia em uma famlia. A gravidade da doena indicada pelas letras m
(branda), i (intermediria) e s (severa).
i
i m s m i s
i s i m i
s i m i ms
m s i i
a) Qual o tipo de herana mais provvel para a cardiomiopatia?
b) Como voc explicaria a expressividade varivel da cardiomiopatia nesse
heredograma?
a) Qual o padro de herana mais provvel para essa caracterstica?
b) Como voc explicaria a ausncia de manifestao da doena nos indivduos
II.1 e II.4?
c) E nos indivduos III.8 a III.13?
d) E nos caso do indivduo III.3?
6. O heredograma humano abaixo refere-se a uma anomalia visual rara, na qual
a pessoa afetada perde a viso central, embora mantenha a viso perifrica.
I
II
III
1 2
1 2 3 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
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Genes ligados
Ao fi nal desta aula, voc dever ser capaz de:
Reconhecer que excees s teorias estabelecidas fornecem evidncias para que estas teorias sejam complementadas ou substitudas.
Identifi car a ocorrncia de ligao gnica atravs da anlise de cruzamentos.
Reconhecer a permuta cromossmica como uma das causas de recombinao gnica.
Pr-requisito
Possuir noes bsicas de testes de hipteses, conceito visto nas aulas
de Bioestatstica.
1313AULA
objetivos
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Como ponto de partida da aula de hoje, recordamos que o estabelecimento da
teoria cromossmica da herana, no comeo do sculo XX, desencadeou um
grande perodo de investigao gentica. Muitos geneticistas fi caram motivados
a estudar a segregao dos alelos em mais de um gene, atravs de cruzamentos
entre indivduos com mutaes visveis.
Por vezes, os resultados desses experimentos estavam de acordo com o
esperado pelas leis de Mendel, reforando a idia de que alelos de genes
diferentes segregam independentemente. Entretanto, em alguns casos
foram encontrados resultados inesperados, e essas excees passaram a ser
intensamente estudadas.
Quando alelos de dois genes diferentes eram transmitidos juntos para a prole
em uma freqncia superior esperada pela segregao 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 organizao dos genes
nos cromossomos e as observaes citolgicas de trocas entre segmentos
cromossmicos serviram de base para a hiptese de Morgan, que pretendia
explicar como ocorriam algumas das excees s leis de Mendel, encontradas
nos mais diversos cruzamentos.
LEI DA SEGREGAO INDEPENDENTE: EXISTEM EXCEES?
Na Aula 6, vimos que Sutton, a partir da observao da semelhana
entre o comportamento dos cromossomos durante a meiose e a segregao
dos fatores hereditrios postulados por Mendel, props que os fatores
mendelianos, atualmente conhecidos como genes, deveriam estar nos
cromossomos. Contudo, na poca, havia o questionamento de que os
genes no s poderiam estar nos cromossomos, mas tambm poderiam
estar em qualquer outra estrutura celular que tivesse comportamento
semelhante.
Vrias pesquisas foram necessrias at que a comunidade cientfi ca
fi casse convencida da idia proposta por Sutton. A partir da hiptese de
que os genes estariam nos cromossomos, uma srie de dedues pde ser
feita e testada, at que a Teoria Cromossmica da Herana fosse aceita
acima de qualquer suspeita.
INTRODUO
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O prprio Sutton no se limitou a descrever o que havia observado,
tendo realizado dedues que levaram a importantes descobertas sobre
a relao entre genes e cromossomos. Por exemplo, ele deduziu que
se houvesse apenas um gene em cada cromossomo, (...) o nmero de
caractersticas diferentes de um indivduo no poderia exceder o nmero
de cromossomos nos gametas: o que indubitavelmente contrrio aos
fatos (Sutton, 1903).
Com esse pensamento dedutivo, Sutton chegou concluso de
que poderiam existir muitos genes em um mesmo cromossomo. Observe
esse outro trecho de seu trabalho publicado em 1903: Ns devemos,
assim, assumir que pelo menos alguns cromossomos esto relacionados
a um certo nmero de diferentes ALELOMORFOS.
Porm, Sutton foi alm dessa concluso. Ele havia observado
que os cromossomos mantinham sua individualidade no decorrer dos
processos de diviso celular e, ento, imaginou que os cromossomos
de um indivduo deveriam ser transmitidos aos seus descendentes sem
qualquer alterao em sua composio allica. Assim, Sutton props que
se os cromossomos retm permanentemente as suas individualidades,
ento todos os alelomorfos presentes em um mesmo cromossomo devem
ser herdados juntos.
Mas, e quanto lei da segregao independente? Se a hiptese de
que genes do mesmo cromossomo so herdados juntos estivesse correta,
no haveria, a princpio, a possibilidade de segregao independente
entre estes genes. Nesse caso, deveramos encontrar resultados diferentes
dos observados por Mendel. De fato, conforme aumentava o nmero
de experimentos com cruzamentos entre indivduos mutantes para mais
de um gene, tambm aumentava o nmero de resultados que no se
ajustavam s propores fenotpicas esperadas pela 2 Lei de Mendel.
No comeo do sculo XX, parecia claro para os geneticistas que
aceitavam as hipteses suttonianas que o modelo original de Mendel no
era completamente satisfatrio. Ele no conseguia explicar os resultados
observados quando dois ou mais genes estivessem localizados no mesmo
par de cromossomos homlogos, embora explicasse satisfatoriamente
como ocorria a segregao independente dos genes localizados em
cromossomos diferentes.
AL E L O M O R F O
Era o termo usado na poca para
designar alelos.
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TESTANDO A 2 LEI: SEGREGAO INDEPENDENTE x LIGAO GNICA
Para facilitar a compreenso, acompanhe os cruzamentos
apresentados no Quadro 13.1. Nestes experimentos, voc vai observar
cruzamento de indivduos puros que diferem quanto a duas caractersticas
e a F1 (dibrida) obtida cruzada com indivduos duplo-homozigotos
recessivos. Como voc deve se lembrar, o cruzamento entre um indivduo
heterozigtico para um ou mais genes com um homozigoto recessivo
chamado de cruzamento-teste.
Quadro 13.1: Resultados de cruzamentos entre indivduos dibridos.
Caractersticasanalisadas
Gerao parental Gerao F1Cruzamento-teste
(F1 x duplo-homozigoto recessivo)
ERVILHA: cor e forma da semente
amarelarugosax
verdelisa
100% amarelalisa
252 sementes amarelalisa
248 sementes verderugosa
250 sementes amarelarugosa
258 sementes verdelisa
DROSFILA: forma da asa ecor do corpo
selvagemselvagemx
deltaebony
100% selvagem
52 moscas selvagemselvagem
48 moscas deltaebony
selvagemebonyx
deltaselvagem
100% selvagem
49 moscas selvagemebony
50 moscas deltaselvagem
I
II
III
Vamos comear calculando os resultados esperados pela lei da
segregao independente. Em todos os casos, os indivduos da F1 so
heterozigticos e apresentam o fentipo dominante. Agora, podemos
prever os resultados esperados pela 2 Lei de Mendel para os cruzamentos-
teste dos indivduos F1 com indivduos duplo-homozigticos recessivos.
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Mas como fazer para prever estes resultados? bastante simples.
A 2 Lei de Mendel estabelece que os alelos de genes diferentes segregam-se
independentemente durante a formao dos gametas de um indivduo.
Acompanhe a Figura 13.1 para relembrar o comportamento dos
cromossomos, e dos alelos de dois genes diferentes, durante a formao
dos gametas.
Figura 13.1: Tipos de gametas formados por um indivduo heterozigtico para dois genes localizados em cromossomos diferentes. Os tipos formados por cada clula meitica dependem da associao dos cromossomos no homlogos durante a Metfase I da diviso meitica. Considerando todos os gametas de um indivduo, espera-se encontrar 1/4 de cada tipo, pela lei da segregao independente.
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Ento, se voc sabe os tipos e propores de gametas formados
por cada indivduo, voc poder deduzir os gentipos produzidos pela
associao dos gametas masculinos e femininos. Poder deduzir tambm
qual a proporo esperada de cada gentipo na prole, e qual a proporo
fenotpica esperada na prole de qualquer cruzamento! Observe a Figura
13.2.
Figura 13.2: Proporo fenotpica esperada pela lei da segregao independente no cruzamento de indivduos duplo-heterozigticos com indivduos duplo-homozigticos recessivos (cruzamento-teste). Os gametas do tipo parental so aqueles que apresentam os mesmos arranjos de alelos encontrados nos gametas parentais, ao passo que os gametas recombinantes so aqueles que apresentam novas combinaes de alelos. No caso de genes localizados em cromossomos diferentes, espera-se obter gametas com arranjos parentais e recombinantes na mesma freqncia de 50% (1/4 + 1/4 = 1/2), devido associao independente dos alelos dos dois genes. Reveja como os gametas so formados na fi gura 13.1.
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Seguindo essa fi gura, podemos deduzir que, para dois genes, a
proporo fenotpica esperada na prole deste cruzamento-teste 1:1:
1:1. Neste ponto pode surgir uma dvida: na Aula 5, ns vimos que a
proporo fenotpica esperada pela lei da segregao independente em
um cruzamento dibrido era 9:3:3:1. Por que chegamos a uma proporo
diferente? Nos cruzamentos dibridos mostrados na Aula 5, a F1 era
cruzada entre si (intercruzada) para produzir a gerao F2. Portanto,
voc deve estar deduzindo que esta proporo de 9:3:3:1 esperada em
cruzamentos entre indivduos heterozigticos (AaBb x AaBb). Quanto
aos cruzamentos mostrados no Quadro 13.1, os indivduos da F1 foram
cruzados com indivduos duplo-homozigticos (AaBb x aabb), resultando
na proporo fenotpica esperada de 1:1:1:1 na prole de cada cruzamento-
teste. Quando calculamos a proporo esperada em um cruzamento
qualquer, devemos levar em conta o gentipo dos indivduos parentais
e que tipos de gametas so formados por cada indivduo.
Ateno! Se voc ainda tem alguma dvida sobre a lei da segregao independente ou sobre como os gametas so formados durante a meiose, consulte as Aulas 5 e 6, com ateno especial para as Figuras 5.2 e 6.3. O pouco tempo que voc gastar revendo estes conceitos ter o seu valor aumentado no futuro!
!
Agora, volte a analisar os resultados dos cruzamentos-teste no
Quadro 13.1. Voc poderia dizer se os resultados observados em cada
cruzamento esto de acordo com o esperado pela lei da segregao
independente?
No primeiro cruzamento-teste, o cruzamento das ervilhas que
diferem quanto cor e forma das sementes, os resultados observados
se aproximam da proporo fenotpica esperada pela 2 Lei de Mendel,
de 1:1:1:1.
Entretanto, quando analisamos os cruzamentos II e III, com
drosfi las que diferem quanto forma da asa e cor do corpo, podemos
dizer que os resultados observados em cada um desses dois cruzamentos
no esto de acordo com os resultados esperados pela 2 Lei de Mendel,
j que apenas duas classes fenotpicas foram encontradas na prole de
cada um desses cruzamentos-teste, na proporo aproximada de 1:1.
Note, ainda, que na prole de cada um desses cruzamentos-teste aparecem
somente indivduos com os mesmos fentipos dos indivduos parentais.
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No cruzamento II foram encontrados apenas indivduos selvagem
selvagem e deltaebony na proporo de 1:1, enquanto no cruzamento
III s foram encontrados indivduos selvagemebony e deltaselvagem,
na mesma proporo.
Como voc explicaria a ocorrncia desse desvio da proporo
esperada? E por que os fentipos encontrados nos indivduos da prole de
cada cruzamento-teste so os mesmos fentipos dos indivduos parentais?
Em nenhum dos casos ocorreu a formao de gametas
recombinantes na meiose dos indivduos heterozigticos da F1 e, por esse
motivo, apenas classes fenotpicas 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 hiptese de Sutton de que genes localizados em um mesmo
cromossomo so herdados juntos, podemos facilmente explicar a ausncia
das classes fenotpicas recombinantes nesses cruzamentos (Figura 13.3).
Assim, a associao dos alelos de genes que se localizam em um mesmo
cromossomo no independente.
Chamamos o evento da ligao entre genes de ligao gnica.
Note que casos em que apenas indivduos com fentipos parentais so
observados na prole dos cruzamentos, na proporo de 1:1, como nos
cruzamentos II e III, so raros e constituem um tipo especial de ligao
gnica, a ligao completa.
Fase de ligao: confi gurao cis (AB/ab) x confi gurao trans (Ab/aB)
a maneira pela qual os alelos de um indivduo duplo-heterozigtico esto dispostos no par de cromossomos homlogos em questo. Existe uma nomenclatura especfica para cada fase de ligao. Chamamos de configurao cis, ou acoplamento, quando os indivduos heterozigticos recebem, de um dos seus progenitores, os dois alelos dominantes ligados em um cromossomo, enquanto os dois alelos recessivos ligados ao cromossomo homlogo so herdados do outro progenitor. Por sua vez, a configurao trans, ou repulso, observada quando os alelos dominantes se encontram em cromossomos homlogos 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 ligao completa, isto , a freqncia de recombinao estimada foi 0%, pois nenhum recombinante foi formado. a) cruzamento que produz o dibrido com confi gurao cis; b) cruzamento que produz o dibrido com confi gurao trans; c) gametas produzidos por cada indivduo dibrido. Note que esse exemplo tem fi ns didticos, sendo possvel haver a formao de gametas recombinantes entre os genes delta e ebony em Drosophila.
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A forma mais comum de ligao gnica a ligao incompleta,
onde, apesar de os genes estarem localizados no mesmo cromossomo,
gametas recombinantes podem ser produzidos durante a meiose de
indivduos heterozigticos. Como isto possvel? Veremos a seguir.
A DESCOBERTA DA LIGAO GNICA
William Bateson, Edith Saunders e Reginald Punnett foram os
primeiros a descrever a ocorrncia de desvios entre as propores
fenotpicas observadas e as propores esperadas pela lei da associao
ou segregao independente. Como voc viu na Aula 6, Bateson foi um
dos primeiros a aceitar as idias mendelianas. Seu grupo de pesquisa
passou a investigar a fundo os experimentos que representavam
excees a elas.
Em 1905, Bateson, Saunders e Punnett publicaram os resul-
tados de experimentos em que cruzavam variedades de ervilhas-de-
cheiro que diferiam quanto cor da flor e ao tamanho do plen.
Um desses cruzamentos dibridos apresentou o resultado que est
ilustrado na Figura 13.4.
Edith Rebecca Saunders (1865-1945)Cientista inglesa, trabalhou com Bateson em alguns poucos experimentos no campo da Gentica. 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 ingls que desempenhou um papel importante na associao das hipteses mendelianas com clculos estatsticos. Punnett desenvolveu um mtodo para calcular as freqncias genotpicas e fenotpicas esperadas em cruzamentos, conhecido como o Diagrama de Punnett.
A representao dos alelos de genes ligados depende do arranjo
desses alelos em cada cromossomo homlogo. Por conveno, os alelos
que se encontram em um cromossomo so separados por uma barra
daqueles localizados no cromossomo homlogo (DE/de ou De/dE, por
exemplo). Indivduos com os gentipos DE/de ou De/dE apresentam o
mesmo fentipo por serem heterozigticos para os dois genes em questo.
No entanto, dependendo do modo como os alelos esto dispostos no par
de cromossomos homlogos, resultados diferentes podem ser produzidos
em determinados cruzamentos. Observe a Figura 13.3.
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Figura 13.4: Cruzamento dibrido entre variedades de ervilha-de-cheiro, realizado por Bateson e seus colaboradores.
Eles observaram que a proporo observada na F2 desse cruzamento
no estava de acordo com a proporo fenotpica esperada pela 2 Lei
de Mendel para cruzamentos entre indivduos duplo-heterozigticos.
Note que algumas classes apresentaram uma proporo maior do que a
esperada, enquanto outras apresentaram uma proporo menor. Mas, para ter certeza de que se tratava de um caso de ligao gnica, Bateson
e seus colaboradores realizaram cruzamentos-teste com os indivduos
da F1 (Quadro 13.2).
P
F1
F2
Flor vermelhaPlen redondo
X Flor prpuraPlen longo
100% plantas:Flor prpuraPlen longo
Flor prpuraPlen longo
Flor prpuraPlen redondo
Flor vermelhaPlen longo
Flor vermelhaPlen redondo
Proporo observada:12 : 1 : 1 : 3
Proporo esperada:9 : 3 : 3 : 1
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Quadro 13.2: Resultados dos cruzamentos-teste realizados por Bateson e colaboradores, entre variedades de ervilha-de-cheiro.
Caractersticasanalisadas
Gerao parental Gerao F1Resultado do cruzamento-teste
(F1 x duplo-homozigoto recessivo)
ERVILHA: cor da fl or e
tamanho do plen
prpuralongox
vermelhoredondo
100% prpuralongo
43,7% plantas prpuralongo
6,3% plantas prpuraredondo
6,3% plantas vermelholongo
43,7% plantas vermelhoredondo
prpuraredondox
vermelholongo
100% prpuralongo
6,3% plantas prpuralongo
43,7% plantas prpuraredondo
43,7% plantas vermelholongo
6,3% plantas vermelhoredondo
I
II
No caso de cruzamentos-teste dibridos, a proporo fenotpica
esperada era de 1:1:1:1. No entanto, eles novamente observaram um
desvio em relao proporo esperada. Embora esses resultados no
estivessem de acordo com a lei da segregao independente, propores
muito semelhantes eram encontradas sempre que Bateson e seus
colaboradores repetiam os cruzamentos. Eles notaram que parecia
existirem duas regras:
1. As classes fenotpicas mais comuns so dos tipos parentais e
apareciam na freqncia de 43,7% para cada classe.
2. As classes fenotpicas recombinantes tambm apresentavam
freqncias iguais (6,3% para cada classe), mas bem menores
do que o esperado.
Bateson e seus colaboradores concluram que os genes que
condicionam estas duas caractersticas, de alguma forma, apresentavam
um acoplamento. Contudo, este acoplamento no era total, pois classes
fenotpicas recombinantes tambm foram observadas na prole desses
cruzamentos.
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A observao de que as classes recombinantes surgiam com
freqncia constante, mesmo quando os experimentos eram repetidos
muitas vezes, sugeria a existncia de uma causa, a ser descoberta,
que explicasse esses resultados. Porm, Bateson, Saunders e Punnett
no conseguiram imaginar uma hiptese que pudesse esclarecer,
satisfatoriamente, a ocorrncia desses casos: (...) Ns no temos at
o momento explicao alguma para esta diferena, e tudo o que pode
ser dito que nestes casos especiais a distribuio dos caracteres no
heterozigoto infl uenciada pela maneira como se encontram distribudos
nos parentais homozigticos.
O que poderia estar acontecendo, ento? Nesta altura da aula, deve
estar claro para voc que nem a lei da segregao independente, nem a hiptese
de Sutton de que os alelos do mesmo cromossomo devem ser herdados juntos
explicam a ocorrncia de classes recombinantes em cruzamentos envolvendo
genes ligados. Foi ento que, em 1911, surgiu na sala das moscas a hiptese
que levou ao esclarecimento desse problema.
A HIPTESE DE MORGAN PARA A LIGAO INCOMPLETA: PERMUTA ENTRE CROMOSSOMOS
J no comeo do sculo XX, THOMAS MORGAN e seus estudantes
haviam descoberto dezenas de novas mutaes nas drosfi las. Cada
mutao nova era testada em cruzamentos dibridos e, na maioria dos
casos, a proporo fenotpica observada no intercruzamento da F1 estava
de acordo com a proporo mendeliana esperada de 9 : 3 : 3 :1. Neste
casos, considerava-se que os genes envolvidos estavam segregando de
maneira independente. Mas, em muitos outros casos, foram observados
resultados semelhantes aos obtidos por Bateson.
A princpio, Morgan, como Bateson e seus colaboradores, no
estava convencido da veracidade da hiptese suttoniana. Mas considerou-a
e testou-a atravs dos estudos realizados com as drosfi las por seu grupo.
Por fi m, Morgan e seus colaboradores puderam comprovar que Sutton
estava certo. Morgan percebeu que uma pequena modifi cao na hiptese
de Sutton era o que faltava para explicar os fenmenos de acoplamento
e repulso.
THOMAS MORGAN (1866-1945)
Geneticista americano que muito
contribuiu para o estabelecimento
dos fundamentos da Gentica. Na
Aula 6, voc teve a oportunidade de
conhecer um pouco da sua vida cientfi ca
e de seus principais trabalhos. Morgan
ganhou o Prmio Nobel de Fisiologia e
Medicina em 1933.
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GENTICA BSICA | Genes ligados
54 C E D E R J
Em 1911, Morgan props uma nova hiptese: cada gene
localizava-se em um local especfi co do cromossomo, hoje conhecido
como locus ou loco gnico, e, atravs de pontos de ligao entre eles,
ocorriam recombinaes fsicas entre segmentos dos cromossomos
homlogos emparelhados durante a meiose. Conseqentemente, essas
trocas, chamada de permutas (crossing-over), poderiam levar formao
de gametas contendo cromossomos recombinantes. Se essa hiptese
estivesse correta, haveria uma explicao precisa para o aparecimento
das classes fenotpicas recombinantes nos cruzamentos dibridos para
genes ligados.
De fato, antes de propor sua hiptese, Morgan j havia encontrado