Herança das características complexas

Transcrição

1 Herança das características complexas

2 Genética Mendeliana Os sete traços que Mendel observava em suas ervilhas eram os seguintes: 1. forma ou aspecto da semente: lisa ou rugosa 2. cor da semente: verde ou amarela 3. cor da casca da semente: branca ou cinzenta 4. forma da vagem: lisa ou ondulada 5. cor da vagem: verde ou amarela 6. localização da flor: axial ou terminal 7. altura da planta: alta ou baixa

3 Geração Parental: Alta x Anã F1: todas altas (160 cm) F2: 160 cm 40 cm

4 Milho: Plantas altas x anãs P X F1

5 Milho: Plantas altas x anãs F Sete classes fenotípicas

6 Distribuição das frequências

7 Histórico Galton e Mendel exemplificam abordagens opostas no estudo de características hereditárias.

8 Francis Galton Birmingham, 16/02/1822 Haslemere, Surrey, 17/01/1911) foi um antropólogo, meteorologista, matemático e estatístico inglês. primo de Charles Darwin produziu mais de 340 artigos e livros criou o conceito estatístico de correlação foi o primeiro a aplicar métodos estatísticos para o estudo das diferenças e herança humanas de inteligência

9 O ponto de partida de Mendel: Variação discreta na qual as diferenças fenotípicas entre os organismos podem ser atribuídas a um pequeno número de classes claramente distintas Ex.: ervilhas lisas x ervilhas rugosas.

10 O ponto de partida de Galton: Variação contínua na qual os fenótipos dos organismos são medidos em uma escala quantitativa como altura ou peso, e na qual os fenótipos passam imperceptivelmente de uma categoria para a outra.

11 Galton Como material para o estudo da variação fenotípica, a escolha de Galton foi boa: a maioria das diferenças entre pessoas normais que são visíveis a olho nu são diferenças em características contínuas altura, peso, cor de pele, cor de cabelo, etc.

12 Mendel Por outro lado como material para o estudo da variação genética, a escolha de Mendel foi boa: o resultado da segregação é revelado mais claramente em heredogramas incluindo características mendelianas discretas e simples.

13 Variação contínua: a distribuição normal Características contínuas: os fenótipos passam gradualmente de uma categoria a outra e, costuma haver dificuldades específicas para a realização de análises genéticas.

14 Variação contínua: a distribuição normal Os problemas são: a maioria das características contínuas é influenciada por pequenas diferenças na sequência de DNA em dois ou mais genes, assim a segregação de diferenças em um gene em heredogramas é mascarada pela segregação de diferenças em outros genes que afetam a característica; maioria das características contínuas é influenciada por fatores ambientais e também por genes, assim a segregação genética é mascarada pelos efeitos ambientais.

15 Por que, então, Galton enfocou as características contínuas? Elas possuem uma certa regularidade (uma previsibilidade estatística) que lhes é particular. Para muitas características contínuas, quando os fenótipos são agrupados em intervalos adequados e organizados em um gráfico de barras, a distribuição dos fenótipos fica semelhante à curva em forma de sino, conhecida como distribuição normal.

16 Teorema do limite central Galton ficou altamente impressionado com a observação de que muitos fenômenos naturais seguem a distribuição normal.

17 A base teórica da distribuição normal é o teorema do limite central. O teorema do limite central postula que a soma de um grande número de quantidades randômicas e independentes sempre irão convergir para a distribuição normal.

18 O teorema do limite central explica em parte porque muitas características apresentando variação contínua seguem a distribuição normal. A maioria das características contínuas é multifatorial, o que significa que elas são influenciadas por muitos fatores, tipicamente vários ou muitos genes atuando junto de fatores ambientais.

19 Variação mendeliana discreta A variação mendeliana discreta (também chamada de variação mendeliana simples) refere-se a diferenças fenotípicas que resultam da segregação de alelos de um único gene

20 Os efeitos ambientais na característica são tão pequenos, em relação a diferenças hereditárias, que a transmissão dos alelos que determinam essa variação pode ser acompanhada diretamente em heredogramas.

21 Nas populações humanas, por ex., embora a herança mendeliana simples realmente seja aplicável a muitas doenças hereditárias, cada uma dessas enfermidades é individualmente muito rara. Exemplos incluem a fibrose cística, a fenilcetonuria, a anemia falciforme e a hemofilia.

22 Visto que a maioria da variação fenotípica entre indivíduos normais em populações naturais é multifatorial, o padrão de herança dessas características não mostra evidência clara de segregação mendeliana e nada que se pareça com qualquer uma das proporções numéricas simples que Mendel descobriu originalmente nos seus experimentos de cruzamento de ervilhas

23 A ausência dessas proporções causou uma grande controvérsia no inicio dos anos 1900 imediatamente após a redescoberta do artigo de Mendel.

24 De um lado, estavam os discípulos de Galton, chamados de biométricos, que menosprezaram a significância da descoberta de Mendel, alegando que os fatores segregantes postulados por aquele autor não só eram irrelevantes para características contínuas, como também eram inadequados para explicar as correlações observadas em características entre parentes.

25 Do outro lado, estavam os chamados mendelianos, que argumentavam que a segregação de múltiplos genes e sua interação poderia explicar características contínuas tão bem quanto caracteres discretos.

26 A disputa acirrada entre os biométricos e os mendelianos continuou por quase 20 anos. As implicações da herança multifatorial de características discretas foram o foco de um artigo de 1918 de autoria do estatístico Ronald Aymler Fischer ( ) intitulado The correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance.

27 Causas da Variação Ambiental cabelos longos x curtos plantas bonsai x normal doenças infecciosas

28 Genética Causas da Variação Sistemas saguineos: ABO; MN albinismo ervilhas lisas ou rugosas

29 Causas da Variação Genética e Ambiental Estatura Peso Produção de leite

30 Caracteres qualitativos x Caracteres quantitativos Variação descontínua Variação contínua

31 Caracteres qualitativos x Caracteres quantitativos QUANTITATIVAS Muitos pares de genes Efeito individual do gene sobre a característica é pequeno Sofrem grande influência do ambiente (P=G+E) Têm distribuição fenotípica contínua QUALITATIVAS Poucos pares de genes (geralmente um) Efeito individual do gene sobre a característica é grande Sofrem pouca ou nenhuma influência do ambiente (P=G) Têm distribuição fenotípica em classes bem definidas

32 Características quantitativas Herança Poligênica Muitos genes influenciam o mesmo caráter de modo cumulativo e sofrem influência ambiental. Genética Quantitativa

33 Experimento de Nilsson-Ehle (1909) Coloração de grãos de trigo P) grãos brancos X grãos vermelho-escuros F1) grãos vermelho intermediário

34 Se fosse uma característica monogênica... Geração P aa AA Geração F1 Aa Geração F2 1 AA (vermelho-escuro) : 2 Aa (vermelho intermediáro) : 1 aa (branco)

35 Mas é uma característica poligênica...

36

37

38 Proporção Fenotípica em F2

39 Exemplo: Cor da pele em humanos (Modelo de Davenport, 1913) 2 LOCI cada um com 2 alelos (efeito igual e aditivo) GENÓTIPO FENÓTIPO AABB aabb Negro Branco

40

41 Atualmente: o padrão da cor da pele é bem mais complexos com vários genes envolvidos e alelos com efeitos desiguais.

42 Virmond et al., 2016

43 East (1916) Variação no comprimento da corola nas flores de tabaco. Linhagens puras: 41 mm e 93 mm em média.

44 P) 41 mm e 93 mm: variação ambiental. F1) 61 a 67 mm: variação ambiental. F2) 55 a 91 mm: variação ambiental e genética.

45 Quanto maior o número de genes, mais contínua é a variação fenotípica CURVA NORMAL

46 Considere que a coloração dos olhos em uma espécie de mamíferos é uma característica multifatorial. Animais criados em laboratório e, portanto, sob as mesmas condições ambientais, podem servir de modelo para a análise dos componentes genéticos dessa característica. Cruzando as variedades olhos verdes claros (linhagem pura) e olhos negros (linhagem pura) foram obtidos em F1 indivíduos de olhos com coloração castanho claro. Ao serem cruzados animais da F1 entre si, foi obtida uma F2 com sete classes fenotípicas de cor de olhos: verde claro, verde médio, verde escuro, castanho claro, castanho médio, castanho escuro e negro. Suponha que a coloração dos olhos nesses mamíferos dependa de três genes (A, B e C) e que cada gene possui dois alelos como mostrado a seguir: Gene A - Alelo A1 = pigmento preto; Alelo A2 = pigmento verde; Gene B - Alelo B1 = pigmento preto; Alelo B2 = pigmento verde; Gene C - Alelo C1 = pigmento preto; Alelo C2 = pigmento verde. Considerando as informações acima responda: a) Quais as classes fenotípicas menos frequentes? b) Quais são os genótipos que levam a olhos verde claros? c) Quais são os genótipos que levam a olhos castanho claros? d) Quais as classes fenotípicas mais frequentes?