Genética Moderna (Pós-Mendeliana)

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1 Genética Moderna (Pós-Mendeliana) Disciplina: Fundamentos de Genética e Biologia Molecular Turma: Fisioterapia (1 o Ano) marilanda_bellini@yahoo.com Blog:

2 EXPERIMENTOS DE MENDEL Cruzamento Recíproco Primeira Geração F1 Primeira Geração F1 Parental Parental Parental Parental Aula 03 F1 F1

3 EXPERIMENTOS DE MENDEL Segunda Geração F2 Indivíduo F1 Autopolinização Aula 03 Proporção 3:1

4 2ª. LEI DE MENDEL A proporção de 9:3:3:1 é simplesmente a combinação aleatória de duas proporções independentes de 3:1, assim: =423 lisas 3: =133 rugosas =416 amarelas 3: =140 verdes 1 Aula 03 F2: 315 lisas, amarelas 9: 108 lisas, verdes 3: 101 rugosas, amarelas 3: 32 rugosas, verdes 1 = =

5 Genética Moderna Quando vários genes determinam o mesmo caráter e interagem entre si de várias formas Vários fenótipos são gerados

6 Genética Moderna Heranças que se afastam dos processos descritos por Mendel em seus trabalhos. As proporções fenotípicas proporções clássicas da genética mendeliana. Interação Gênica (não-alélica), Epistasia, Pleiotropia e Herança Multifatorial (Quantitaiva).

7 Interação Gênica (Não-alélica) Quando vários pares de genes não-alelos podem interagir na determinação de um caráter hereditário.

8 CONCEITOS BÁSICOS: Alelos: Formas alternativas de um mesmo gene. Ex. A e a Aula 03

9 Interação Gênica (Não-alélica) Simples (Herança complementar) Ocorre quando dois ou mais pares de genes não- Ocorre quando dois ou mais pares de genes nãoalelos se associam (interagem) determinando um dada característica. Os genes tem segregação independente, porém não se manifestam independentemente.

10 Interação-Gênica (Não-alélica) Simples (Herança Complementar) Exemplos Clássico Tipo de Crista de Galo Crista rosa: presença do gene R, ausência do gene E. Crista ervilha: presença do gene E, ausência do gene R. Crista simples: ausência dos genes E e R. Crista noz: presença dos gene E e R.

11 Interação-Gênica (Não-alélica) Simples (Herança Complementar) Exemplos Clássico Tipo de Crista de Galo P X = F1 Noz: RREE Simples: rree Noz: RrEe F2

12 Interação-Gênica (Não-alélica) Simples (Herança Complementar) (9:6:1) Exemplos Clássico Formato da Abóbora Esférico: presença do gene A, ou do gene B. A_bb aab_ Alongada: ausência dos genes A e B. aabb Discóide: presença dos gene A e B. A_B_

13 Interação-Gênica (Não-alélica) Simples (Herança Complementar) (9:6:1) Exemplos Clássico Formato da Abóbora

14 Interação-Gênica (Não-alélica) Simples (Herança Complementar) (9:7) Exemplos Clássico Surdez

15 Interação-Gênica (Não-alélica) Simples (Herança Complementar) (9:7) Exemplos Clássico Surdez Recessiva presença do par gênico dd Não forma Cóclea. presença do par gênico ee Não forma nervo auditivo. E_dd eed_ eedd Proporção: 9:7 ED Ed ed ed ED EEDD EEDd EeDD EeDd EeDd x EeDd Ed EEDd EEdd EeDd Eedd ed EeDD EeDd eedd eedd ed EeDd Eedd eedd eedd

16 Epistasia Ocorre quando um gene ou par de genes impede (ou mascara) a manifestação de outro gene (s) não alelo (s) e independente. A epistasia pode ser dominante ou recessiva. Epistático impede Hipostático impedido

17 HERANÇA MONOGÊNICA CONCEITOS BÁSICOS Herança Monogênica: É o tipo de herança determinada por um único gene Alelo Dominante Quando seu efeito se faz notar, mesmo que ocorra em dose simples. Alelo Recessivo Quando para manifestar seu efeito deve estar em dose dupla. Alelos Codominantes Quando dois alelos influem de maneira detectável sobre o fenótipo ( Ex: sistema ABO) Aula 03

18 Epistasia Dominante (13:3) Exemplos Clássico Cor da plumagem de galináceos Gene I epistático sobre gene C. Gene C Hipostático em relação à I penas coloridas. C_ii Gene c penas brancas. cc C_I_ Apenas um I inibe a pigmentação Dominante

19 Epistasia Dominante (13:3) Exemplos Clássico Cor da plumagem de galináceos

20 Epistasia Dominante (12:3:1) Exemplos Clássico Cor da pelagem em cães Gene I epistático sobre genes B e b. Pelagem caramelo B_I_ bbi_ Gene B Hipostático em relação à I Pelagem preta. B_ii Gene b Hipostático em relação à I Pelagem chocolate bbii Apenas um I inibe a pigmentação Dominante

21 Epistasia Dominante (12:3:1) Exemplos Clássico Cor da pelagem em cães X

22 Epistasia Dominante (12:3:1) Exemplos Clássico Cor de abóboras Gene I Epistático sobre genes V e v. coloração branca V_I_ vvi_ Gene V Hipostático em relação à I Coloração amarela. V_ii Gene v Hipostático em relação à I coloração verde. vvii Apenas um I inibe a pigmentação Dominante

23 Epistasia Dominante (12:3:1) Exemplos Clássico Cor do fruto de abóboras branco X verdes VVII vvii F 1 : 100% branco VvIi F1 X F1 F2: branco 12/16 I_ amarelo 3/16 V_ii verde 1/16 vvii

24 Epistasia Recessiva (9:3:4) Exemplos Clássico Cor da pelagem de Ratos Par Gênico cc Epistático sobre genes B e b. Pelagem branca B_cc bbcc Gene B Hipostático em relação ao par ii Pelagem aguti (parda) B_C_ Gene b Hipostático em relação ao par ii Pelagem preta bbc_ i precisa estar em homozigose para inibir a pigmentação Recessivo

25 Epistasia Recessiva (9:3:4) Exemplos Clássico Cor da Pelagem de Ratos

26 Epistasia em Humanos Fenótipo Bombaim Presença dos Alelos do sistema ABO (I A e I B ), mas não produção dos antígenos (anti-a e anti-b) Presença do gene h em homozigose falso O hh Epistático em relação à I A e I B h precisa estar em homozigose para inibir produção de antígenos Recessivo

27 Pleiotropia do grego, pleion = mais numeroso e tropos = afinidade. Um gene (ou par gênico) pleiotrópico mais do que uma característica fenotípica que aparentemente não estão relacionadas. Efeito múltiplo de um gene.

28 Pleiotropia Humanos Síndrome de Laurence-Moon-Biedl-Bardet : Herança Autossômica recessiva Diversas mutações 1: a 1: obesidade, problemas renais, hipogonadismo, dificuldade de aprendizado, dificuldade no desenvolvimento emocional, polidactilia. 1 gene sistemas diferentes pleiotropia.

29 Pleiotropia Humanos Síndrome de Marfan: 15q2.1 Dominante Expressividade Variável 1/ estatura elevada, escoliose, braços e mãos alongadas, deformidade torácica, prolapso de válvula mitral, dilatação da aorta, miopia, luxação do cristalino. 1 gene sistemas diferentes pleiotropia.

30 Pleiotropia Humanos Fenilcetonúria: 12q24.1 Recessiva Erro Inato do Metabolismo Retardo mental, Microcefalia, Hipopigmentação da pele, cabelos e olhos, Irritabilidade, Epilepsia, Déficit do crescimento somático pós-natal, Distúrbios do comportamento, Outras alterações neurológicas (tremores, hipertonia, hiper-refelixa tendinosa profunda. 1 gene sistemas diferentes pleiotropia.

31 Pleiotropia Humanos Anemia Falciforme 16q24.3 recessiva 1 gene sistemas diferentes pleiotropia.

32 Herança Quantitativa (multifatorial, poligênica ou cumulativa) Dois ou mais pares de genes independentes (não alelos) a mesma característica Somatória de efeitos Determinar diversas intensidades fenotípicas intermediárias. Características que variam quantitativamente (peso, altura, coloração). Os fenótipos variam de modo contínuo e não contrastante. Herança sem dominância, onde AaBB é diferente de AABB. Para se saber o número de fenótipos ou quantos pares de genes estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos número de poligenes = número de fenótipos - 1 número de fenótipos = número de poligenes + 1

33 Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa) Cor da Pele s ou t = produção mínima de melanina S ou T = intensificam a produção de melanina sstt branco (quantidade mínima de melanina) Sstt / sstt mulato claro (efeito acrescentador de + 1 gene) SsTt / SStt / sstt mulato médio (efeito acrescentador de 2 genes) SSTt / SsTT mulato escuro (efeito acrescentador de + 3 genes) SSTT negro (efeito acrescentador de + 4 (todos) genes)

34 Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa) Cor da Pele Cálculos: número de fenótipos = número de genes = n o Genes + 1 n o Genes = 4 (ou dois pares) n o de classes genotípicas = 3 n, n = n o de pares de genes. n o classes genotípicas. = 3 2 n o Classes genotípicas = 9 classes (sstt, Sstt, sstt, SsTt, SStt, sstt, SSTt, SsTT e SSTT).

35 Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa) Cor da Pele (1:4:6:4:1) Linha = Número de fenótipos : 5ª linha = 5 fenótipos Triângulo de Pascal Negro Mulato escuro Mulato médio Mulato claro branco

36 Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa) Cor da Pele Quando cruzamos dois indivíduos com fenótipos extremos, 100% da prole será composta por indivíduos com fenótipo intermediário. Quando cruzamos indivíduos heterozigotos, aparecem na geração subseqüente todos os genótipos possíveis, obedecendo a uma distribuição normal. Exemplo: SsTt (mulato médio) x SsTt (mulato médio) na descendência tem-se: 1 branco, 4 mulatos claros, 6 mulatos médios, 4 mulatos escuros, 1 negro Negro Mulato Escuro Mulato Médio Mulato Claro Branco

37 mulato claro Branco mulato médio Classes fenotípicas mulato escuro negro proporção fenotípica

38 Exercício Em certa espécie vegetal, a altura dos indivíduos determinada é por dois pares de alelos de efeito aditivo e segregação independente: cada alelo P e R determina 20cm de altura e cada alelo p e r determina 10cm. Assim, os indivíduos PPRR têm 80cm e os indivíduos pprr, 40cm. Esquematize o cruzamento entre heterozigotos PpRr, indicando as alturas dos progenitores e dos descendentes.

39 PpRr = (20cm + 10cm + 20cm + 10cm) = 60 cm R R PPRR (20cmx4) 80 cm r PPRr (20cm x 3) +10cm) 70 cm P Ex: Método da Linha Bifurcada. Outra possibilidade é o Quadro de Punet P p p P p r R r R r R r R PPRr (20cm x 3) +10cm) 70 cm r PPrr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm R PpRR (20cm x 3) +10cm) 70 cm r PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm R PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm r Pprr 20cm + (10cm x 3) 50 cm R PpRR (20cm x 3) +10cm) 70 cm r PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm R PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm r Pprr 20cm + (10cm x 3) 50 cm R pprr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm r pprr 20cm + (10cm x 3) 50 cm R pprr 20cm + (10cm x 3) 50 cm r pprr (10cmx4) 40 cm

40 Genética de Populações Estuda, matematicamente, as freqüências dos genes em uma população e as forças evolutivas que as modificam. Pool Gênico: genes comuns a uma mesma população, acervo genético ou gene pool.

41 Genética de Populações Uma população estará em equilíbrio genético quando seu pool gênico se mantiver inalterado por gerações sucessivas. Havendo alterações no acervo gênico, se diz que a população está evoluindo.

42 Genética de Populações Teorema de Hardy-Weinberg 1908 matemático inglês Godfrey H. Hardy médico alemão Wilhem Weinberg Em duas gerações a população atingiu um estado de equilíbrio, chamado de Hardy-Weinberg

43 Genética de Populações Teorema de Hardy-Weinberg Em populações infinitamente grandes, com cruzamentos ao acaso, que não estiverem sofrendo influência dos fatores evolutivos (mutações, seleção natural, migrações, etc...), não haverá alteração do pool gênico, isto é, as freqüências gênicas e genotípicas se manterão constantes.

44 Genética de Populações Teorema de Hardy-Weinberg As frequências de alelos e genótipos serão constantes ao longo das gerações quando uma população apresentar: Uma grande número de indivíduos; Reprodução aleatória; Nenhuma seleção; Nenhuma mutação; Não apresentar migração entre populações.

45 Genética de Populações Teorema de Hardy-Weinberg A reprodução sexuada, em si, não traz mudanças evolutivas; Mudanças nas frequências dos alelos surgem somente de forças externas atuando no pool gênico de uma população A maioria das populações naturais foge ao equilíbrio de Hardy-Weinberg

46 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Numa população em equilíbrio, para uma determinada característica existem dois genes, o dominante (A) e o recessivo (a). A soma das freqüências dos dois genes (freqüência gênica) na população é 100%. Sendo, f(a) = p e f(a) = q, então: f(a) + f(a) = 100% p + q = 1

47 Genética de Populações Equilibrio de Hardy-Weinberg Na mesma população existem 3 genótipos possíveis: homozigoto dominante (AA), heterozigoto (Aa) e homozigoto recessivo (aa). A soma das freqüências do 3 genótipos (freqüência genotípica) na população é 100%. f(aa) + f(aa) + f(aa) = 100% Sendo, f(aa) = p 2, f(aa) = 2pq e f(aa) = q 2, então: p 2 + 2pq + q 2 = 1

48 Como saber se a população está em Equilíbrio de Hardy-Weinberg? Modelo Matemático (a+b) n (A+a) 2 (p+q) 2 p= Frequência alelo (A) q= Frequência alelo (a) p 2 + 2pq + q 2 = 1 Frequências Genotípicas p 2 = Frequência (AA) 2pq = Frequência (Aa) q 2 = Freqüência (aa) f (A) f (a) f (A) AA Aa f (a) Aa aa

49 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Aplicações Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos: AA Aa aa Total 640 indivíduos 320 indivíduos 40 indivíduos indivíduos Quais as freqüências gênicas e genotípicas?

50 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Aplicações Freqüências Gênicas: Número total de genes (A+a) = Número de genes A = (640x2) = Número de genes a = (40x2) = 400 f(a) = p = 1.600/2.000 = 0,8 ou 80% f(a) = q = 400/2.000 = 0,2 ou 20% AA Aa aa Total 640 indivíduos 320 indivíduos 40 indivíduos indivíduos

51 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Aplicações f(a) = p = 0,8 f(a) = q = 0,2 f(aa) = p 2 = (0,8) 2 = 0,64 ou 64% f(aa) = 2pq = 2(0,8x0,2) = 0,32 ou 32% f(aa) = q 2 = (0,2) 2 = 0,04 ou 4% AA Aa aa Total 640 indivíduos 320 indivíduos 40 indivíduos indivíduos

52 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Teste do Qui-Quadrado

53 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Teste do Qui-Quadrado Teste χ 2 Frequência Frequência Esperada χ2 Observada (FO) (FE = frequencia genotípica x Total) (FO-FE) 2 /FE AA 640 p 2 x1000 = (0,64x1000)= Aa 320 2pqx1000 (0,32x1000)= aa 40 q 2 x1000( 0,04x1000)= 40 0 Total

54 N o Genótipos -1 Nível de Significância (%)

55 Genética de Populações Equilíbrio de Hardy-Weinberg Teste χ 2 Frequência Observada (FO) Teste do Qui-Quadrado Frequência Esperada (FE = frequencia genotípica x Total) χ2 (FO-FE) 2 /FE AA 640 p 2 x1000 = (0,64x1000)= Aa 320 2pqx1000 (0,32x1000)= aa 40 q 2 x1000 (0,04x1000)= 40 0 Total Como Qui 2 obs (0,000) < Qui 2 Tab (0,020) = População em equilíbrio

56 Determinação das frequências alélicas e genotípicas Herança Codominante Ex: Grupo sanguíneo MN MM = 355 indivíduos; MN = 473 indivíduos; NN = 172 indivíduos Cálculo as freqüências alélicas M = p p= [2 x (n o indivíduos MM)] + (n o indivíduos MN) 2 x (somatório n o indivíduos) p= (2x355) p=0,5915 f (M)=0, x 1000 N = q q= [2 x (n o indivíduos NN)] + (n o indivíduos MN) 2 x (somatório n o indivíduos) q= (2x172) q=0,4085 f (N)=0, x 1000 Ou, (p+q)=1 (0,5915+q)=1 q = 0,4085 Cálculo das frequências genotípicas MM = p 2 0, = 0,3499 MN = 2pq 2 x 0,5915 x 0,4085 = 0,4832 NN = q 2 0, = 0,1669 = 1, 0000

57 Essa população está em Equilíbrio de Hardy-Weinberg? Teste χ 2 Herança Codominante Frequência Observada (FO) Frequência Esperada (FE) * χ2 ** MM 355 (0,3499x1000)= 350 0,071 MN 473 (0,4832x1000)= 483 0,207 NM 172 (0,1669x1000)= 167 0,150 Total ,428 0,75 < P < 0,90 População em Equilíbrio *Frequência Esperada = Frequência genotípica x somatório no indivíduos **χ 2 = (FO FE) 2 FE

58 Determinação das frequências alélicas e genotípicas - Herança Dominante Ex: Sensibilidade ao PTC Sensíveis (II ou Ii) = 46 indivíduos; Insensíveis (ii) = 11 indivíduos Cálculo as freqüências alélicas i = q q 2 = 11 q = V0,1929 q = 0, I = p p= (1 q) p = (1-0,4392) p= 0,5608 Cálculo das frequências genotípicas II = p 2 0, = 0,3158 Ii = 2pq 2 x 0,5608 x 0,4392 = 0,4913 ii = q 2 0, = 0,1929

59 Determinação das frequências alélicas e genotípicas - Alelos Múltiplos Ex: Sistema Sanguíneo ABO A (I A I A ou I A i) = 4791 indivíduos; B (I B I B ou I B i) = 1032 indivíduos; O (ii) = 5150 indivíduos; AB (I A I B ) = 362 indivíduos (a+b+c) Frequências Alélicas (I A +I B +i) (p+q+r) = 1 O = r 2 = ii = 5150 r = ,674 V I A = p I B = q i = r (A + O) = (p + r) 2 p+r = V (A+O) p = V (A+O) r p = V , p = 0,262 p+q+r = 1 q = 1 (p+r) q = 1 (0, ,262) q = 0,064 Frequências Genotípicas p 2 = (I A I A ) = 0,262 2 = 0,067 q 2 = (I B I B ) = 0,064 2 = 0,005 r 2 = (ii) = 0,674 2 = 0,454 2pq = (I A I B ) = 2x 0,262 x 0,064 = 0,034 2pr = (I A i) = 2 x 0,262 x 0,674 = 0,353 2qr = (I B i) = 2 x 0,064 x 0,674 = 0,087

60 Determinação das frequências alélicas e genotípicas - Herança Ligada ao Sexo Ex: Gene recessivo Ligado ao X 40% mulheres, 60% homens Homens Mulheres 40% = X a Y 16% = X a X a 60% = X A Y 84% = X A X - X a X a = q 2 Cálculo as freqüências alélicas X A = p p= f (X A Y) = 0,6 Cálculo das frequências genotípicas femininas 0,4 2 = 0,16 X A X a = 2pq 2 x 0,6 x 0,4 = 0,48 X a = q q= f (X a Y) = 0,4 X A X A = q 2 0,6 2 = 0,36 = 1, 0000

61 *PLEIOTROPIA Característica 1 Característica 2 Característica 3 Característica n QUANTITATIVA Genes diferentes adicionam valores ao fenótipo, que apresenta variação na intensidade.

62 Referências NUSSBAUM, R.L.; MCINNES, R.R. & WILLARD, H.F. Thompson e Thompson Genética Médica. 7ª ed.,elsevier, SNUSTAD, P.; SIMMONS, M.J. Fundamentos de Genética. 4ª ed., Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2008.