Ligação gênica: Cruzamento teste e F2. Profa. Dra. Vanessa Kava-Cordeiro. Genética Mendeliana

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1 Ligação gênica: Cruzamento teste e F2 Profa. Dra. Vanessa Kava-Cordeiro 1 Genética Mendeliana Os sete traços que Mendel oservou em suas plantas eram os seguintes: 1. cor da semente: amarela ou verde 2. forma ou aspecto da semente: lisa ou rugosa 3. cor da vagem: verde ou amarela 4. forma da vagem: lisa ou ondulada 5. altura da planta: alta ou aixa 6. localização da flor: axial (ao longo do caule) ou terminal (na ponta do caule) 7. cor da flor: púrpura ou ranca 2 1

2 Genética Mendeliana O traalho Original de Mendel mostrou em detalhes os resultados de cruzamentos entre plantas que produziam sementes amarelas e lisas e plantas que produziam sementes verdes e rugosas. 3 Genética Mendeliana Será que cada característica destas realmente segrega independentemente uma da outra? Cada uma delas está presente em um cromossomo individual de ervilha? 4 2

3 Genética Mendeliana Figure 2: Mendel's 7 genes and their locations on pea chromosomes. Why didn't Gregor Mendel find linkage? Blixt, S., Nature, Genética Mendeliana Por que então Mendel não detectou LIGAÇÃO entre algumas características??? 1) Por que os 2 genes localizados no cromossomo 1 e 2 genes dos 3 localizados no cromossomo 4 estão tão afastados uns dos outros nestes cromossomos que a LIGAÇÃO não é oservada. Estes genes são sintênicos (mesmo cromossomo) porém comportam-se como Segregação Independente por estarem muito distantes. 6 3

4 Genética Mendeliana Por que então Mendel não detectou LIGAÇÃO entre algumas características??? 2) Estudos posteriores (H. Lamprecht) concluíram que Mendel provavelmente não estudou a segregação simultânea dos alelos para os genes que controlam a altura da planta (alta ou anã) X o formato da vagem (lisa ou ondulada), pois estas não demonstram segregação independente, ou seja elas estão ligadas

5 9 Ligação Gênica 10 5

6 Ligação gênica William Bateson, Edith Reecca Saunders e Reginald C. Punnett (1905) detectaram um desvio muito significativo das proporções mendelianas em um cruzamento diírido (9:3:3:1) para as características cor da flor e forma do grão de pólen em ervilhas doces. Os autores descreveram um possível acoplamento ou conexão entre os alelos parentais. 11 Ligação gênica Thomas Hunt Morgan (1911) teve a ideia de ligação gênica, na qual se dois genes estivessem associados próximos no mesmo cromossomo, não segregariam independentemente. 3 ª Lei da Genética ou Lei de Morgan (ligação) 12 6

7 Ligação gênica Thomas Hunt Morgan e Alfred Henry Sturtevant, seu estudante, conduziram estudos posteriores de ligação, otendo informações sore a localização de genes em cromossomos e tamém fizeram o primeiro mapeamento gênico (1913). Genes estavam dispostos de forma linear Cada cromossomo possuía um conjunto de genes diferentes, localizados em locais específicos (locus) 13 Ligação gênica Punnett usou as informações sore ligação de Morgan e Sturtevant, identificou ligação em seus traalhos anteriores e pulicou estes dados (Punnett, 1923; Punnett, 1927). Phenotype Expected Oserved (Oserved- Expected) 2 /Expected Purple, long Purple, round Red, long Red, round Total c 2 =

8 LIGAÇÃO Os genes (ou marcadores genéticos) localizados próximos, no mesmo cromossomo, tendem a permanecer unidos durante a gametogênese. Ou seja, eles não exiem Segregação Independente. Tais genes (ou marcadores genéticos) são chamados de ligados, e o fenômeno, ou padrão de transmissão dos genes ligados é chamado ligação. 15 Genes ligados sofrem recominação pelo mecanismo de PERMUTA ou CROSSING-OVER 16 8

9 Quiasma 17 Múltiplas possiilidades de permuta na PRÓFASE I da meiose 18 9

10 LIGAÇÃO Exemplo: 1) Dois genes autossômicos com dois alelos cada (gene A com os alelos A e a, gene B com os alelos B e ) 2) Para cada gene, um alelo é completamente dominante em relação ao outro (A>a, B>) 3) Não envolve Epistasia (cada gene atua sore uma característica distinta da outra) 19 2 genes localizados em cromos. diferentes 2 genes localizados no mesmo cromos. P A/A;B/B X a/a;/ F 1 A a Descendentes A a A a B B B a a a a X F 1 A/a;B/ Cruzamento Teste ¼ ou 25% ¼ ou 25% ¼ ou 25% ¼ ou 25% Parentais Recominantes 50% 50% P: AC/AC X ac/ac F 1 : AC/ac F 1 a c A C Descendentes A a a a A a a a C c c c c c C c Parentais Recominantes X Cruzamento Teste + 50% - 50% 20 10

11 LIGAÇÃO Genes Ligados Necessidade de estaelecer uma forma de medir o valor de ligação (c). A unidade de medida entre dois genes é dada pela frequência de recominação entre eles (cm - centimorgans, U.M. - Unidades de Mapa ou em % de recominação 1cM= 1U.M. = 1% de recominação). Genes ligados estão presentes no mesmo cromossomo a uma distância menor que 50cM. Quando a distância entre dois genes é maior que 50cM, a proailidade de permuta é tão grande que na análise da descendência estes genes segregam independentemente 21 (porém são sintênicos). ESTIMATIVA DA DISTÂNCIA ENTRE DOIS GENES 22 11

12 Fases dos genes (alelos dominantes e recessivos no heterozigoto) ATRAÇÃO, ACOPLAMENTO OU CIS REPULSÃO OU TRANS A B A a a B 23 Freq. de recominação c = 0 Ligação completa 50 > c > 0 Ligação parcial c = ou > 50 S.I. gametas parentais gametas recominantes 100% - > 50% < 50% 50% 50% 24 12

13 Ligação Gênica: cruzamento-teste 25 AaB x aa As proporções dos gametas parentais são maiores do que dos recominantes (P>R) 26 13

14 Cruzamento com Drosophila melanogaster asa normal - vg + > vg asa vestigial corpo cinza - + > corpo preto 27 LIGAÇÃO E PERMUTA CRUZAMENTO I = a F 1 carrega formas selvagens para os dois genes em um cromossomo (vg + e + ) e no seu homólogo as formas mutantes (vg e ). Esta configuração é denominada de ATRAÇÃO ou CIS. CRUZAMENTO II = a F 1 carrega em cada cromossomo as duas formas de genes, um mutante e um selvagem (vg + e ) (vg e + ). Esta configuração é denominada de REPULSÃO ou TRANS

15 Cruzamento com Drosophila melanogaster 29 Cruzamento com Drosophila melanogaster

16 CRUZAMENTO-TESTE Cor do Corpo: + = cinza = preto Forma das Asas: vg + = asas normais vg = vestigiais CRUZAMENTO I P: asas normais e corpo cinza X asas vestigiais e corpo preto vg + vg F 1 vg + CIS vg + + vg + X X vg vg vg vg vg vg + vg + TRANS CRUZAMENTO II P: asas normais e corpo preto X asas vestigiais e corpo cinza vg + vg + F 1 vg + X vg + X vg + vg + vg vg vg + vg + vg + + vg vg vg vg vg Parentais 180 Recominantes = % Parentais : 18% Recominantes vg vg vg vg 41% 41% 9% 9% 82% Parentais : 18% Recominantes 31 Cálculo da distância entre os genes, em função da frequência de recominação VALOR DE LIGAÇÃO (c) c = Σ R x 100 (Fórmula para cruzamento-teste) N CRUZAMENTO I c = 180 x 100 = 18 cm 1000 FREQUÊNCIA DOS GAMETAS RECOMBINANTES: vg + = vg + = 32 16

17 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 1. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 84 Aa = 21 aab = 21 aa = EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 1. Determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. H 0 = Os genes segregam independentemente AaB x aa AaB = 84 Aa = 21 aab = 21 aa = 84 Os. Esp. d d 2 /e AaB 84 Aa 21 aab 21 aa 84 Total

18 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 1. Determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. AaB x aa AaB = 84 Aa = 21 aab = 21 aa = 84 G.L. : 4 1 = 3 Rejeita H 0 H 0 = Os genes segregam independentemente Os. Esp. d d 2 /e AaB 84 52,5 31,5 18,9 Aa 21 52,5-31,5 18,9 aab 21 52,5-31,5 18,9 aa 84 52,5 31,5 18,9 Total ,6 35 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 1. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. Como estes genes não segregam independentemente, devem estar LIGADOS! AaB x aa AaB = 84 Aa = 21 aab = 21 aa =

19 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 1. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. c = Σ R x 100 (Fórmula para cruzamento-teste) N AaB x aa AaB = 84 (P) Aa = 21 (R) aab = 21 (R) aa = 84 (P) c = 42 x 100 = 20 cm EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 1. Determine a fase do heterozigoto. CIS OU TRANS? AaB (?) x aa (a ) AaB = 84 A B Aa = 21 aab = 21 aa = 84 a cis 38 19

20 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 2. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 17 Aa = 20 aab = 21 aa = EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 2. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 17 Aa = 20 aab = 21 aa = 16 G.L. : 4 1 = 3 Aceita H 0 H 0 = Os genes segregam independentemente Os. Esp. d d 2 /e AaB 17 18,5-1,5 0,121 Aa 20 18,5 1,5 0,121 aab 21 18,5 2,5 0,338 aa 16 18,5-2,5 0,338 Total ,

21 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 2. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 17 Aa = 20 aab = 21 aa = 16 Estes genes segregam independentemente!!! 41 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 3. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, concluiu-se que estes genes estão ligados. Calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 222 Aa = 530 aab = 518 aa =

22 EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 3. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, concluiu-se que estes genes estão ligados. Calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 222 Aa = 530 aab = 518 aa = 200 c = 422 x 100 = 28,7 cm EXERCÍCIOS Como saer se dois genes estão ligados? 3. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados otidos, concluiu-se que estes genes estão ligados. Calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaB x aa AaB = 222 Aa = 530 aab = 518 aa = 200 c = 422 x 100 = 28,7 cm 1470 CIS OU TRANS? AaB (?) x aa (a ) AaB = 222 Aa = 530 A aab = 518 a B aa = 200 trans 44 22

23 Ligação Gênica: F2 45 F2 2 genes com dois alelos autossômicos Cruzamento clássico P) AABB x aa F1) AaB x AaB (S.I.) Frequências fenotípicas dependem do sistema de interação alélica. Genótipos frequências A=a, B= A>a, B= A>a, B> AABB 1/16 AAB 2/16 AA 1/16 AaBB 2/16 AaB 4/16 Aa 2/16 aabb 1/16 aab 2/16 aa 1/

24 GAMETAS RECOMBINANTES GAMETAS PARENTAIS LIGAÇÃO F2 Cruzamento clássico P) AABB x aa F1) AaB x AaB (LIGAÇÃO - CIS) FREQUÊNCIA DOS GAMETAS RECOMBINANTES: A = a B = FREQUÊNCIA DOS GAMETAS PARENTAIS: A B = (1 c)/2 a = (1 c)/2 47 F2 Acoplamento ou cis AB a A ab GAMETAS PARENTAIS AB a GAMETAS RECOMBINANTES A ab 48 24

25 F2 Acoplamento ou cis AB a A ab AB AABB (1-c) 2 /4 AaB (1-c) 2 /4 a AaB (1-c) 2 /4 aa (1-c) 2 /4 A ab 49 F2 Acoplamento ou cis AB a A ab AB AABB (1-c) 2 /4 AaB (1-c) 2 /4 AAB AaBB a AaB (1-c) 2 /4 aa (1-c) 2 /4 Aa aab A AAB Aa ab AaBB aab 50 25

26 F2 Acoplamento ou cis AB a A ab AB AABB (1-c) 2 /4 AaB (1-c) 2 /4 AAB AaBB a AaB (1-c) 2 /4 aa (1-c) 2 /4 Aa aab A AAB Aa AA c 2 /4 AaB c 2 /4 ab AaBB aab AaB c 2 /4 aabb c 2 /4 51 Segregação Independente 2 genes com 2 alelos e dominância completa em amos A_B_ = 9/16 A_ = 3/16 aab_ = 3/16 aa = 1/

27 F2 Acoplamento ou cis AB a A ab AB AABB (1-c) 2 /4 AaB (1-c) 2 /4 AAB AaBB a AaB (1-c) 2 /4 aa (1-c) 2 /4 Aa aab A AAB Aa AA c 2 /4 AaB c 2 /4 ab AaBB aab AaB c 2 /4 aabb c 2 /4 53 Ligação (cis) A_B_ = 3 x [(1-c) 2 /4] + 4 x [] +2 x [c 2 /4] A_ = 2 x [] + 1 x [c 2 /4] aab_ = 2 x [] + 1 x [c 2 /4] aa = (1-c) 2 /

28 Ligação (cis) A_B_ = [ 2 + (1-c) 2 ]/4 A_ = [ 1 - (1-c) 2 ]/4 aab_ = [ 1 - (1-c) 2 ]/4 aa = (1-c) 2 /4 55 LIGAÇÃO F2 Cruzamento clássico P) AA x aabb F1) AaB x AaB (LIGAÇÃO - TRANS) FREQUÊNCIA DOS GAMETAS RECOMBINANTES: A B = FREQUÊNCIA DOS GAMETAS PARENTAIS: A = (1 c)/2 a = a B = (1 c)/

29 F2 Repulsão ou trans AB a A ab AB AABB c 2 /4 AaB c 2 /4 AAB AaBB a AaB c 2 /4 aa c 2 /4 Aa aab A AAB Aa AA (1-c) 2 /4 AaB (1-c) 2 /4 ab AaBB aab AaB (1-c) 2 /4 aabb (1-c) 2 /4 57 Ligação (trans) A_B_ = 2 x [(1-c) 2 /4] + 4 x [] + 3 x [c 2 /4] A_ = 2 x [] + 1 x [(1 c) 2 /4] aab_ = 2 x [] + 1 x [(1 c) 2 /4] aa = c 2 /

30 Ligação (trans) A_B_ = (2 + c 2 )/4 A_ = (1 c 2 )/4 aab_ = (1 c 2 )/4 aa = c 2 /4 59 Cálculo da Ligação em F2: Poderia ser usado o valor de cada classe (Ex.: trans - aa = c 2 /4) porém a devido a existência de muitas fontes de variação, é aconselhável usar um valor equilirado, considerando as 4 equações (para cada caso, cis ou trans), representando as quatro classes, numa equação única

31 Cálculo da Ligação em F2: Fórmula de EMERSON = reunião das 4 equações por SOMA Fórmula de FISHER = reunião das 4 equações por PRODUTO 61 Cálculo da Ligação em F2: Fórmula de EMERSON = reunião das 4 equações por SOMA CIS (A_B_ + aa) (A_ + aab_) N c = 1 - [(ΣP ΣR)/N] TRANS c = [(ΣR ΣP)/N] 62 31

32 c = 1- [(ΣP ΣR)/N] c = 1- [(753 50)/803] c = 1- [703/803] c = 1-0,8755 c = 1-0,9357 c = 0,0643 c = 6,43 cm 63 Cálculo da Ligação em F2: Fórmula de FISHER = reunião das 4 equações por PRODUTO (Fórmula geral, para cis ou trans) Q = Produto das cominações novas Produto das cominações paternas Resultado = equações iquadradas (Para facilitar, foi elaorada uma taela com os valores de c, correspondentes aos valores de Q otidos na fórmula) 64 32

33 Q = (26 x 24)/(583 x 170) Q = 624/99110 Q = 0, Q = 0, para associação (cis) corresponde a um valor de c (%) de... c (%) entre 6 e 7% (ou entre 6 a 7 cm) pela fórmula de EMERSON, c = 6,43 cm 66 33

34 LIGAÇÃO EM CRUZ.-TESTE E F2 Por meio de cruzamentos (CT = Cruzamento teste e F2) de sementes de milho contrastantes para a cor (amarela B > ranca) e textura (lisa S > s enrugada), pesquisadores estudaram a ligação destes genes: fenótipos CT1 CT2 F2 amarelo, liso amarelo, enrugado ranco, liso ranco, enrugado TOTAL ) Determine a fase do heterozigoto de cada cruzamento. 2) Calcule o valor de ligação nos dois cruzamentos-teste. 3) Calcule o valor de ligação pela F2, utilizando as fórmulas de Emerson e Fisher. 67 fenótipos CT1 CT2 F2 amarelo, liso amarelo, enrugado ranco, liso ranco, enrugado TOTAL CRUZAMENTO-TESTE c = Σ R x 100 (Fórmula para cruzamento-teste) N CT1 (cis) c = (4+6) x 100 = 0,054 X 100 = 5,4 cm 185 CT2 (trans) c = (6+5) x 100 = 0,052 X 100 = 5,2 cm

35 fenótipos CT1 CT2 F2 amarelo, liso amarelo, enrugado ranco, liso ranco, enrugado TOTAL F2 - EMERSON (c) cis c = 1 - [(ΣP ΣR)/N] c = 1 - [(255+82) (8+9)/354] = 0,049 x 100 = 4,9 cm F2 - FISHER Q = Produto das cominações novas Produto das cominações paternas Q = 8 x 9 = 0, x 82 c 5 cm 69 Ligação gênica: Mapa gênico e teste dos três pontos 70 35

36 MAPA GENÉTICO A frequência de permuta é influenciada pela distância entre os genes. Isto é, existe correlação positiva entre a distância de dois genes e a frequência de recominação entre eles. Utilizando o critério acima os geneticistas podem estaelecer a distância entre os genes e assim construir um mapa genético, isto é, um diagrama no qual são representados os genes com suas respectivas posições no cromossomo. MAPA GENÉTICO MAPA DE LIGAÇÃO : é o mapa dos genes pertencentes ao mesmo cromossomo, ou seja, mapa dos genes ligados. Os mapas de ligação são lineares, isto é, todos os genes de um dado grupo de ligação podem ser mapeados em um arranjo linear. 36

37 Genes Ligados 1 cromossomo muitos genes MAPA GENÉTICO QUANDO TEMOS 3 GENES LIGADOS A B C a c A B C A B C a c a c A B C A c a I B C a c A B C A a B c C a c A B C A B C A B c A B c a C a C a II c a c A B C A B C A C A C B a B a c c a I II c a c RRI RRII DR 37

38 MAPA GENÉTICO Teste do 3 Pontos O cruzamento envolvendo 3 fatores é, sem dúvida, a mais importante ferramenta usada no mapeamento cromossômico. Exemplo: Num cruzamento de milho foram utilizados 3 caracteres: aa, plântulas virescentes;, Plântulas rilhantes; cc, Planta estéril Fenótipos genótipo Freq os tipos Normal ABC 235 Parental Brilhante, estéril Ac 62 Recominantes na Região I Estéril ABc 40 Recominantes na Região II Estéril, virescente abc 4 Duplo Recominante Brilhante, estéril, virescente ac 270 Parental rilhante AC 7 Duplo recominante Brilhante, virescente ac 48 Recominantes na Região II virescente abc 60 Recominantes na Região I 726 MAPA GENÉTICO a) as cominações paternas ABC e ac apresentaram a maior frequência; ) os indivíduos de permuta dupla foram os menos frequentes, deste modo podemos verificar qual gene está situado na posição central (abc; AC). Ordem dos genes é ABC, pois a permuta dupla só altera o gene B, devendo este estar situado na região intermediária. Portanto os genes estão na ordem correta, se estivessem na ordem errada, seria necessário reescrevê-los. n de Recominantes na Região I + n de Duplo Recominantes FRRI = X 100 número Total de Descendentes n de Recominantes na Região II + n de Duplo Recominantes FRRII = X 100 número Total de Descendentes 38

39 CÁLCULO DA DISTÂNCIA RELATIVA MAPA GENÉTICO Estimativa da Distância na Região I: Consideremos os Recominantes da Região I + os Duplos Recominantes 62Ac + 60aBC + 7AC + 4aBc FRRI = X 100 = 18,32% ou 18,32 cm 726 Estimativa da Distância na Região II: Consideremos os Recominantes da Região II + os Duplos Recominantes 40ABc + 48aC + 7AC + 4aBc FRRI = X 100 = 13,64% ou 13,64 cm 726 A B C 18,32 13,64 Estimativa da Distância entre a - : 62A + 60aB + 7A + 4aB FR (a ) = MAPA GENÉTICO X 100 = 18,32% ou 18,32 cm Estimativa da Distância entre -c: 40Bc + 48C + 7C + 4Bc FR ( c) = X 100 = 13,64% ou 13,64 cm 726 Estimativa da Distância entre a - c: 62Ac + 40Ac + 60aC + 48aC FR ( c) = X 100 = 28,93% ou 28,93 cm 726 O QUE FALTOU???? Na distância entre os extremos (a c) quando utiliza-se apenas duas mutações, não são somados os duplos recominantes. Portanto: /726 X 100 =3,03 3, ,93 = 31,96 Desvio da aditividade 39

40 INTERFERÊNCIA A Permuta em uma região pode Interferir com a ocorrência de uma outra, nas suas proximidades. Quanto mais próximos estiverem os pontos de permuta, maior será a interferência (I). O coeficiente de coincidência (cc) representa o quanto das dupla permutas esperadas realmente ocorreram. I = 1-cc I = 0,389 ou 38,9% FRDO(FPDO) cc = FRDE(FPDE) 1,52 cc = = 0,611 2,4888 n de duplo recominantes oservados FRDO= X100 n total de descendentes distância da RI x distância da RII FRDE = FRDO = X 100=1, ,3 X 13,6 FRDE = = 2, Até a próxima! Profa. Vanessa 80 40