Gene: fragmento de DNA que pode ser transcrito. Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene.

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1 Genética Clássica: uma breve história dos mecanismos de herança Prof Gustavo Simas Conceitos Gerais Gene: fragmento de DNA que pode ser transcrito e/ou traduzido. Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene. Alelos: genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos. Homólogos: cromossomos que apresentam mesmo tamanho, forma e posição de centrômero em células diplóides. 1

2 Genótipo: conjunto de genes para um determinado caráter. Fenótipo: características observáveis de uma espécie, que são determinadas por genes e que podem ser alteradas pelo ambiente. Fenocópia: indivíduo com fenótipo modificado por influências ambientais sem alteração do genótipo correspondente, de modo que fica semelhante e (imita) a um fenótipo existente. Alelo Letal: com efeito mortal (completo ou incompleto). Alelo Dominante: aquele que sempre que está presente se manifesta, seja com apenas um alelo ou em duplicata. Alelo Recessivo: aquele que só se manifesta na ausência do dominante, ou seja, somente quando está com alelos em duplicata (dose dupla). Homozigoto ou Puro : indivíduo que apresenta alelos iguais para um ou mais caracteres. Heterozigoto ou Híbrido : indivíduo que apresenta alelos diferentes para um ou mais caracteres. 2

3 Alelos Codominantes: os dois alelos de um mesmo locus gênico manifestam, ao mesmo tempo, seu caráter. Ex: indivíduos que apresentam os alelos I A ei B do sistema ABO, manifestam em suas hemácias as proteínas A e B ao mesmo tempo. Alelos sem dominância: os dois alelos de um mesmo locus gênico manifestam seu caráter, produzindo um fenótipo intermediário. Ex: Plantas de flores vermelhas da espécie Mirabilis jalapa, quando cruzadas com plantas de flores brancas, originam descendentes de flores rosas. Polialelia: mais de dois alelos na população para determinar um mesmo caráter. Pleiotropia: um par de alelos determina vários caracteres. Polimeria ou interação gênica: vários genes (pares de alelos) determinam um só caráter. E i i i i ib d Epistasia: interação em que genes inibem a ação de outros não alelos. 3

4 Penetrância completa: quando, em relação a determinado gene, todos os indivíduos portadores de um genótipo manifestam o fenótipo correspondente. Penetrância incompleta: quando a presença do genótipo não determina o fenótipo correspondente em todos os indivíduos portadores. Carga genética: alelos que diminuem a adaptabilidade do indivíduo. Genealogias ou Heredogramas sexo masculino sexo feminino sexo desconhecido indivíduos que apresentam o caráter estudado filhos ou descendentes casamento ou cruzamento casamento ou cruzamento consangüíneo gêmeos dizigóticos gêmeos monozigóticos 4

5 Probabilidade em Genética Probabilidade é a relação entre um ou mais eventos esperados e o número de eventos possíveis. P (A)= eventos esperados (A) eventos possíveis (S) Regra do E A probabilidade de dois ou mais eventos independentes ocorrerem simultaneamente é igual ao produto das probabilidades de ocorrerem separadamente. Regra do OU A probabilidade de dois ou mais eventos mutuamente exclusivos ocorrerem é igual a soma das probabilidades de ocorrerem separadamente. EXEMPLOS- REGRA DO E 1- Quando jogamos uma moeda para cima, temos duas possibilidades de resultado: ela cair com a face cara voltada para cima, ou com a face coroa voltada para cima. Portanto temos duas possibilidades. A possibilidade de sair cara é de 1/2 ou 50%, pois temos uma chance (sair cara) em duas possibilidades (cara ou coroa). 5

6 1- Se jogarmos duas moedas para cima, qual a probabilidade de sair cara nas duas? Resolução: O fato de sair cara em uma moeda não afeta achance de sair cara na outra. Quando acontece esse tipo de evento, multiplicamos as probabilidades dos eventos independentes: Em genética utilizamos a mesma linha de raciocínio. Por exemplo: Qual a probabilidade de um casal ter dois filhos do sexo feminino? Resolução: O nascimento da primeira filha não afeta a chance de o Resolução: O nascimento da primeira filha não afeta a chance de o segundo filho ser do sexo feminino, pois a segregação dos alelos de um gene é tão ao acaso quanto jogar uma moeda para cima e obter cara ou coroa. 6

7 EXEMPLOS REGRA DO OU A regra do ou é utilizada quando queremos calcular a probabilidade de ocorrer um evento ou outro numa mesma oportunidade. Por exemplo: Qual a chance de sair cara ou coroa em uma jogada de moeda? Resolução: Esses dois eventos não ocorrem juntos, pois é um ou o outro, logo são mutuamente exclusivos. Quando temos esse tipo de situação, somamos as duas probabilidades: 7

8 Exemplo 2: Qual a probabilidade de um casal ter dois filhos, sendo um menino e uma menina? OU Genética Mendeliana Gregor Mendel ( ), monge austríaco, é considerado o pai da Genética. Desenvolveu seus trabalhos com plantas de ervilha (Pisun sativum) observando a transmissão hereditária de várias características. Em 1865 publicou o artigo "Experiments with Plant Hybrids" que foi ignorado. A partir de 1900 vários pesquisadores confirmaram seus resultados. Suas duas leis ainda hoje são base para os estudos genéticos. 8

9 Genética Mendeliana Por que ervilhas? Fácil cultivo em canteiros. Várias características contrastantes e de fácil observação. Ciclo vital curto e grande número de descendentes (sementes). Predomina reprodução por autofecundação, portanto linhagens naturais são puras. 1 a Lei de Mendel Pureza dos Gametas As características dos indivíduos são condicionadas por um par de fatores (genes), que se separam durante a formação dos gametas, indo apenas um fator do par para cada gameta. 9

10 Monoibridismo com Dominância Completa Herança condicionada por um par de alelos. l Dois fenótipos possíveis em F 2. Três genótipos possíveis em F 2. Proporção fenotípica 3:1 Proporção genotípica 1:2:1 Ex.: cor das sementes em ervilhas. P amarelas x verdes AA aa 100% amarelas F 1 Aa F 1 amarelas x amarelas Aa Aa F 2 75% amarelas AA Aa 25% verdes aa Dois genes alelos atuam na determinação da cor das sementes de uma planta: A, dominante, determina a cor púrpura e a, recessivo, determina a cor amarela. A tabela abaixo apresenta resultados de vários cruzamentos feitos com diversas linhagens dessa planta: CRUZAMENTO RESULTADO I x aa 100% púrpura II x aa 50% púrpura; 50% amarela III x aa 100% amarela IV x Aa 75% púrpura; 25% amarela Apresentam genótipo Aa as linhagens: a) I e II b) II e III c) II e IV d) I e IV e) III e IV 10

11 Aprenda Praticando: Exercício de Dominância Completa Nos coelhos, a cor preta dos pêlos é dominante em relação à cor branca. Cruzaram-se coelhos pretos heterozigotos entre si e nasceram 360 filhotes. Destes, o número de heterozigotos provavelmente é: a) zero b) 90 c) 180 d) 270 e) 360 Monoibridismo com Dominância Incompleta Herança condicionada por um par de alelos. Três fenótipos possíveis em F2. Três genótipos possíveis em F2. Proporção fenotípica 1:2:1 Proporção genotípica 1:2:1 Ex.: cor das flores em Maravilha. P vermelhas x brancas VV BB F1 100% rosas VB F1 rosas x rosas VB VB F2 25% vermelhas VV 50% rosas VB 25% brancas BB 11

12 Alelos Letais Provocam a morte ou não desenvolvimento do embrião. Determinam um desvio nas proporções fenotípicas esperadas, geralmente 2:1. Aa Aa Aa Aa AA Aa Aa aa Cruzamento-Teste Utilizado para se saber se um indivíduo com fenótipo dominante é homozigoto ou heterozigoto. Consiste em cruzar o indivíduo em questão com um indivíduo com fenótipo recessivo e analisar as proporções fenotípicas nos descendentes. Obtendo-se 100% de indivíduos dominantes, o testado é, com certeza, homozigoto. Obtendo-se 50% de dominantes e 50% de recessivos, então o testado é heterozigoto. Quando é utilizado o genitor recessivo para o teste o processo é chamado de retrocruzamento ou back-cross. 12

13 Pleiotropia Herança em que um único par de genes condiciona várias características simultaneamente. Efeito múltiplo de um gene. Exemplos: - Fenilcetonúria (alelo recessivo, quando em dose dupla, com efeito pleiotrópico): deficiência mental, convulsões, icterícia, queda de cabelo, urina muito concentrada. Polimeria Herança Quantitativa onde ocorre efeito cumulativo na ação de vários genes (pares de alelos). Há uma variação fenotípica gradual e contínua entre um valor mínimo e um valor máximo, devida a adição de alelos dominantes ou efetivos de vários genes no genótipo, seguindo uma curva normal de distribuição. Ex.: altura, peso, cor da pele, cor dos olhos, grau de inteligência, altura de plantas, produção de leite em bovinos, comprimento de pelos, etc. 13

14 Herança Quantitativa Cor da Pele em Humanos Fenótipos Negro Mulato Escuro Mulato Médio Mulato Claro Branco Genótipos SSTT SsTT SSTt SsTt SStt sstt Sstt sstt sstt Negro Mulato Escuro Mulato Médio Mulato Claro Branco

15 Herança Quantitativa Cor dos olhos em Humanos Fenótipos Castanho escuro Castanho médio Castanho claro verde azul Genótipos AABB AaBB AABb AaBb Aabb AABB Aabb aabb aabb 2ª Lei de Mendel Segregação Independente Na herança de duas ou mais características, os fatores, segregados na formação dos gametas, não se fundem no híbrido, mas se distribuem independentemente nos gametas segundo todas as combinações possíveis. 15

16 Diibridismo Herança determinada por dois pares de alelos independentes que condicionam duas características. Quatro fenótipos diferentes são encontrados em F 2, combinando os caracteres dominantes e recessivos. A proporção fenotípica clássica em F 2 é 9:3:3:1. Ex.: cruzamento de sementes de ervilhas amarelas/lisas (puras) com verdes/rugosas (puras). P F 1 VVRR vvrr amarelas/lisas x verdes/rugosas VvRr 100% amarelas/lisas (híbridas) F 1 VvRr VvRr amarelas/lisas x amarelas/lisas Diibridismo Gametas da F 1 VR Vr vr vr VR VVRR VVRr VvRR VvRr Vr VVRr VVrr VvRr Vvrr vr VvRR VvRr vvrr vvrr vr VvRr Vvrr vvrr vvrr Proporção Fenotípica em F amarelas/lisas amarelas/rugosas verdes/lisas verdes/rugosas 16

17 Poliibridismo Quando são analisados mais de dois pares de alelos que condicionam mais de duas características, temos o triibridismo, tetraibridismo, etc, que constituem o poliibridismo. Para se calcular o número de gametas diferentes produzidos por um poliíbrido se utiliza a fórmula 2 n, onde n éonúmero de genes em heterozigose. Ex.: Quantos gametas diferentes são formados a partir do genótipo AaBBCcddEe Número de híbridos: 3 Número de gametas = 2 3 = 8 gametas diferentes Genética Moderna (Pós-Mendeliana) As proporções fenotípicas podem variar em relação às proporções clássicas da genética mendeliana. Herança Qualitativa: O fenótipo depende de quais genes estão presentes no genótipo. Ex.: interações gênicas (genes complementares e epistasia) e pleiotropia. Herança Quantitativa: O fenótipo depende de quantos genes dominantes ou efetivos estão presentes no genótipo. Ex.: polimeria. 17

18 Interações Gênicas Genes complementares Genes com segregação independente que agem em conjunto para determinar um fenótipo. Ex.: forma das cristas em galináceos. Fenótipos crista noz crista rosa crista ervilha crista simples Genótipos R_E_ R_ee rre_ rree Interações Gênicas Epistasia Interação em que um gene inibe outro não alelo (com segregação independente), impedindo que manifeste seu caráter. A epistasia pode ser dominante, recessiva ou recessiva duplicada. O gene inibidor é chamado de epistático e o inibido é o hipostático. Ex.: Cor da penas em galináceos. Gene C penas coloridas. Gene c penas brancas. Gene I epistático sobre gene C. Fenótipos Penas coloridas Penas brancas Genótipos C_ii cc C_I_ 18

19 Alelos Múltiplos (Polialelia) Herança determinada por um gene que apresenta 3 ou mais alelos na população, condicionando um só caráter e obedecendo aos padrões mendelianos. Cada indivíduo tem, no genótipo, apenas dois alelos, um de origem paterna e outro de origem materna. Novos alelos surgem por mutações que provocam alterações na proteína original. Alelos Múltiplos (Polialelia) Ex.: Cor da pelagem em coelhos. 4 alelos C selvagem (aguti). c ch chinchila. c h himalaia. c a albino. c ch ch _ c a c a c h _ C _ C > c ch > c h > c a 19

20 EXEMPLO Se um macho aguti, filho de um aguti com um himalaio (ambos homozigotos), cruzar com uma fêmea chinchila (c ch c a ), produzirá coelhos com todos os fenótipos a seguir, exceto: a) aguti. b) himalaio. c) chinchila. d) albino. e) himalaio e albino. Grupos Sangüíneos Determinado por proteínas presentes no plasma ou nas hemácias. Conhecimento importante nas transfusões, medicina legal, estudos étnicos, etc. Transfusões baseadas nas relações antígeno/anticorpo. A herança obedece os padrões mendelianos: Sistema ABO Polialelia e codominância. Sistema Rh Monoibridismo com dominância completa Sistema MN Monoibridismo com codominância. 20

21 Grupo Sangüíneo Sistema ABO Aglutinogênio nas hemácias Aglutinina no plasma A A Anti-B B B Anti-A AB A e B - O - Anti-A e Anti-B A Doações O AB B Sistema ABO Os grupos do sistema ABO são determinados por uma série de 3 alelos, I A, I B e i onde: I A = I B > i Alelo I A determina a produção do aglutinogênio A. Alelo I B determina a produção do aglutinogênio B. Alelo i determina a não produção de aglutinogênios. Fenótipos Genótipos Grupo A I A I A ou I A i Grupo B Grupo AB Grupo O I B I B ou I B i I A I B ii 21

22 Sistema Rh Fator Rh Proteína encontrada nas hemácias que pode agir como antígeno se for inserida em indivíduos que não a possuam. Rh + indivíduos que possuem a proteína. Rh - indivíduos que não possuem a proteína. Doações Fenótipos Genótipos Rh + RR ou Rr Rh - rr Rh - Rh + Eritroblastose Fetal Doença Hemolítica do Recém Nascido Condições: Mãe: Rh - / Pai: Rh + / Criança: Rh + 22

23 Sistema MN Proteínas presentes nas hemácias que não são levadas em conta nas transfusões sangüíneas. Geneticamente é um caso de codominância. Grupo M: produz a proteína M. Grupo N: produz a proteína N. Grupo MN: produz as duas proteínas. Fenótipos M N MN Genótipos L M L M L N L N L M L N M Doações MN N Exercício: Grupos Sanguíneos Um casal em que ambos os cônjuges possuem tipo sanguíneo AB quer saber: I- quais os possíveis tipos sanguíneos dos seus filhos e II- qual a probabilidade de terem uma criança do sexo feminino, com sangue tipo AB. Assinale a alternativa que corresponde corretamente acima. às duas perguntas I II a) A, B e AB 1/3 b) A e B 1/4 c) A, B e AB 1/4 d) A e B 1/2 e) A, B e AB 1/2 23

24 Exercício: Grupos Sanguíneos Um laboratorista realizou exames de sangue em cinco indivíduos e analisou as reações obtidas com os reagentes anti-a, anti-b, anti-rh, para a determinação da tipagem sangüínea dos sistemas ABO e Rh. Os resultados obtidos encontram-se no quadro seguinte. Com base nesses resultados, indique quais os indivíduos que serão considerados, respectivamente, receptor e doador universal. a) 5 e 2. b) 4 e 3. c) 3 e 4. d)2e5. e)1e4. Genética Relacionada ao Sexo Heranças determinadas por genes localizados nos cromossomos sexuais (alossomos) ou por genes autossômicos mas cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. As principais são: Herança ligada ao sexo: genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X. Herança restrita ao sexo: localizada na porção não homóloga do cromossomo Y. Herança influenciada pelo sexo: genes localizados em cromossomos autossomos que sofrem influência dos hormônios sexuais. 24

25 Determinação do Sexo na Espécie Humana A espécie humana apresenta 23 pares de cromossomos. 22 pares são autossomos e não tem relação direta com a determinação do sexo. Um par, chamado de alossomos (X e Y), são os cromossomos sexuais. A mulher apresenta dois alossomos X e é chamada de sexo homogamético, pois seus gametas sempre terão o cromossomo X. O homem apresenta um X e um Y e é o sexo heterogamético, pois seus gametas serão metade com cromossomo X e metade com cromossomo Y. Na mulher, um dos cromossomos X em cada célula permanece inativo e se constitui na cromatina sexual ou corpúsculo de Barr. 25

26 Herança Ligada ao Sexo Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X. Quando dominantes, o caráter tem probabilidade se ser transmitido pelas mães a todos os descendentes (se a mãe for homozigota) ou a 50% dos descendentes (se a mãe for heterozigota) e pelos pais somente às filhas. Quando recessivos, o caráter é transmitido ta tdo pelas mães aos filhos homens. As meninas só terão a característica se o pai também a tiver. Ex.: Daltonismo e Hemofilia. Herança Ligada ao Sexo Daltonismo Anomalia visual recessiva em que o indivíduo tem deficiência na distinção das cores vermelha ou verde. Os homens daltônicos (8%) tem um gene X d pois são hemizigotos e as mulheres daltônicas (0,64%) devem ser homozigotas recessivas. Fenótipo Mulher normal Mulher portadora Mulher daltônica Homem normal Homem daltônico Genótipo X D X D X D X d X d X d X D Y X d Y 26

27 Herança Ligada ao Sexo Hemofilia Anomalia que provoca a falta de coagulação do sangue. Homens hemofílicos são hemizigotos (1/10.000) e mulheres hemofílicas são homozigotas recessivas (1/ ). Fenótipos Mulher normal Genótipos X H X H Mulher portadora X H X h Mulher hemofílica Homem normal Homem hemofílico X h X h X H Y X h Y 27

28 Genética Relacionada ao Sexo Herança Restrita ao Sexo Herança Limitada pelo Sexo Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo Y. Genes Holândricos. Só ocorrem no sexo masculino. Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. Só se manifestam em um dos sexos. Ex.: Produção de leite em bovinos. Ex.: Hipertricose auricular. Herança Influenciada pelo Sexo Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. Comportamento diferente em cada sexo, agindo como dominante em um e como recessivo em outro (variação de dominância). Ex.: Calvície Genótipos Fenótipos CC Homem calvo Mulher calva Cc Homem calvo Mulher não-calva cc Homem não-calvo Mulher não-calva 28

29 Prováveis Tipos de Herança Autossômica recessiva Autossômica dominante Ligada ao Y (holândrica) Prováveis Tipos de Herança Ligada ao X recessiva Ligada ao X dominante 29

30 PROBABILIDADE CONDICIONAL Em alguns problemas de genética é preciso calcular a probabilidade de ocorrência de um evento sobre o qual já temos alguma informação. Como nesse exemplo: Pais normais e heterozigotos, para o albinismo, tem uma criança normal. Qual a probabilidade de que essa criança seja heterozigota? Qual seria sua resposta??? 50%???? ERRADO! RESPOSTA: 2/3 Genes Ligados - Linkage Quando dois ou mais genes, responsáveis por diferentes características, estão localizados em um mesmo cromossomo, dizemos que estão ligados ou em ligação gênica. Nestes casos a quantidade de gametas e portanto a freqüência da descendência apresentarão diferenças em relação ao diibridismo já que a incidência do crossing-over será fundamental. Crossing-Over ou permuta éatrocade partes entre cromossomos homólogos durante a meiose e é um dos principais fatores para a variabilidade genética. 30

31 Comparação Diibridismo x Linkage Diibridismo (AaBb) A a B b Gametas A B A b a B a b 25% 25% 25% 25% Comparação Diibridismo x Linkage Linkage (AaBb) A B a b Gametas A a A a B b Parentais b B Recombinantes 31

32 Genes Ligados - Linkage Na herança dos genes ligados, a freqüência dos gametas de um heterozigoto depende da taxa de crossing-over ou taxa de recombinação que ocorre entre os cromossomos homólogos. Os Gametas Parentais são formados mesmo que não haja recombinação e aparecem em maior quantidade. Os Gametas Recombinantes são formados apenas se houver permuta e aparecem em menor quantidade. A Taxa de Crossing é expressa em porcentagem e corresponde a freqüência de gametas recombinantes formados na gametogênese. Genes Ligados - Linkage Na vinculação gênica a posição dos genes no heterozigoto (AaBb) pode ser Cis ou Trans. Estas posições também podem ser utilizadas para se definir quem são os gametas parentais e os recombinantes. A B A b a b a B Posição CIS Posição TRANS 32

33 Mapeamento Genético: princípios Mapagenéticooucromossômicoéarepresentaçãoda posição dos genes no cromossomo. Está diretamente relacionada a taxa de crossing. Unidades de Recombinação (U.R.) ou Morganídeos (M) são as unidades usadas para determinar a posição dos genes no cromossomo e correspondem a taxa de crossing. Exemplo: Em um cromossomo há a seguinte freqüência de recombinação entre os genes A,B,C e D: A-B 45% A-C 20% C-B 25% B-D 5% C-D 20% A-D 40% Qual a posição dos genes no cromossomo? Mapeamento Genético: princípios 20M 20M 5M A C D B 40M 45M A-B 45% A-C 20% C-B 25% B-D 5% C-D 20% A-D 40% 33

34 1) Quatro genes, A, B, C e D, localizados no mesmo cromossomo, apresentam as seguintes freqüências de recombinação: A-B = 32% A-C = 45% A-D = 12% B-C = 13% B-D = 20% C-D = 33% EXERCÍCIOS A seqüência mais provável desses genes no cromossomo é a) ABCD b) ABDC c) ACDB d) ADBC e) ADCB d 34

35 2) Três grupos de alunos realizaram cruzamentos-testes entre plantas de tomate para o estudo de diferentes genes. Os grupos obtiveram os seguintes resultados a) Indique o(s) grupo(s) que trabalhou (trabalharam) com genes ligados, Justifique. b) O que significa, em Genética, o termo ligação? Qual é a sua utilidade para a pesquisa científica? c) Calcule a distância, em unidades de mapa genético, entre os genes pesquisados pelos alunos do grupo G2. a) Todos os grupos trabalharam com genes ligados no mesmo cromossomo. A recombinação gênica (crossig-over) não ocorre entre genes localizados em cromossomos diferentes. b) Ligação fatorial (ou linkage) refere-se a genes situados linearmente no mesmo cromossomo. Genes próximos permutam com menor freqüência, genes mais distantes apresentam maior taxa de recombinação. Deste modo, através da análise das taxas de recombinação, é possível ter-se uma noção relativa das distâncias entre os genes ligados. De posse das distâncias relativas podese, então, elaborar mapas cromossômicos. c) Os genes pesquisados pelo grupo G2 distam entre si 14 unidades de recombinação (UR), pois permutam com uma freqüência de 14%. 35

36 3) Analisando-se dois pares de genes em ligamento fatorial ("linkage") representados pelo híbrido BR/br, uma certa espécie apresentou a seguinte proporção de gametas: BR - 48,5% br - 48,5% Br - 1,5% br - 1,5% Pela análise dos resultados, pode-se concluir que a distância entre os genes B e R é de: a) 48,5 morganídeos. b) 97 morganídeos. c) 1,5 morganídeo. d) 3 morganídeos. e) 50 morganídeos. d 36