APEAENTO CROOSSÔICO Décia prieira aula (T11) Texto adaptado de: OORE, J. A. Science as a a of Knoing - Genetics. Aer. Zool. v. 26: p. 583-747, 1986. Objetivos 1. Definir apa croossôico. 2. Explicar o raciocínio dedutivo que levou à construção dos apas croossôicos. 3. Discutir a etodologia de construção de apas croossôicos e função da dupla perutação. 4. Definir alelos últiplos. 5. Explicar a orige dos alelos últiplos. A DISTRIBUIÇÃO LINEAR DOS GENES NOS CROOSSOOS O prieiro trabalho copleto de organ (1911a), que tratava dos prieiros genes utantes encontrados no croossoo X de Drosophila elanogaster, já apresentava previsões sobre ua parte considerável da genética daquele organiso. Ua delas foi a possibilidade de se preparar u apa croossôico. organ coenta: the necessit of assuing soe... localization [of the genes] aongst soe of the substances resident in the sae chroosoe. organ percebeu que, para explicar o acoplaento e a repulsão gênica por eio da teoria da quiasatipia de Janssens, seria necessário aditir que os fatores da hereditariedade estivesse localizados linearente, e e ua série correspondente, ao longo de cada u dos pares de croossoos hoólogos. E, sendo assi, as associações entre esses fatores seria ais freqüentes, ou enos, de acordo co a proxiidade entre eles. Alé disso, vinha sendo observado que a porcentage de recobinação entre dois genes quaisquer de u eso croossoo era constante. E u trabalho curto publicado no eso ano (1911), organ ostra-se ais decidido: nós encontraos acoplaento entre certas características, e pouca ou nenhua evidência de acoplaento entre outras características; a diferença depende das distâncias lineares entre os ateriais croossôicos que representa os fatores. organ propôs a hipótese de que os fatores estaria localizados e lugares definidos nos croossoos e dispostos e ua orde linear. A partir desta hipótese, deduziu que, para u deterinado segento de u par de croossoos hoólogos qualquer, a probabilidade de haver ua perutação entre suas croátides nãoirãs dependeria do copriento desse segento. Isto é, se a chance de ocorrer ua peruta e qualquer ponto ao longo do croossoo for a esa, quanto aior o segento, aior a probabilidade de ocorrer ua peruta e u ponto qualquer daquele segento. E novebro de 1912, Sturtevant, na época u estagiário na Sala das oscas, co base na hipótese de organ de que o grau de repulsão depende da distância entre os fatores, fez a seguinte dedução: Se a hipótese de organ estiver correta, a proporção de recobinantes pode ser usada coo u indicador da distância entre dois fatores quaisquer. Ao se deterinar a distância entre A e B e entre B e C, pode-se prever a distância entre A e C. Se a proporção de recobinantes realente representar a distância entre os fatores, a distância AC deve ser, aproxiadaente, a soa entre as distâncias AB e BC ou sua diferença. 105
PRINCÍPIO DE CONSTRUÇÃO DOS APAS CROOSSÔICOS O prieiro apa croossôico Sturtevant conta e seu livro A Histor of Genetics (1965) que teve essa idéia ao voltar para casa após ua discussão de fi de tarde no laboratório. Entusiasado co a idéia, ele voltou ao laboratório naquela esa noite e, co os dados disponíveis sobre os cruzaentos já realizados pelo grupo, construiu o prieiro apa croossôico (ou apa de ligação gênica). Ele utilizou 5 utantes, localizados no croossoo X, e seus alelos selvagens: u para corpo de cor (ello = ), dois para cor dos olhos (hite = e verilion = v) e dois para taanho alterado das asas (iniature = e rudientar = r). U apa ais elaborado foi preparado por ele (Sturtevant, 1913) coo tea de sua tese de doutoraento. Sturtevant cruzou oscas utantes co oscas selvagens hoozigóticas. As fêeas da geração F 1 fora então cruzadas co achos portadores dos alelos recessivos (cruzaentoteste) - os achos F 1 não fora utilizados porque organ já havia descoberto que neles não ocorria perutação. Os descendentes fora então classificados de acordo co a ocorrência ou não de recobinação entre os alelos pesquisados. Tais recobinações indicaria a ocorrência de perutação entre os locos analisados. Os dados de recobinação entre os genes e v são ostrados na figura 33A. A freqüência foi de aproxiadaente 30% e os 2 genes fora representados na figura separados por u espaço equivalente a 15. No segundo experiento foi observada ua porcentage de recobinação entre e de aproxiadaente 33%. Considerando-se que 2 pontos ( e v) já fora inseridos na linha que representa o croossoo, há duas possibilidades para a posição do gene : ele pode estar do eso lado que o gene v ou do outro lado do gene (Fig. 33B). Aditindo-se que a hipótese de trabalho esteja correta, e u dos casos os genes v e estaria uito próxios, isto é, do eso lado do croossoo e relação ao gene e, portanto, separados por apenas 3 centiorgans 1 (c) (33-30). No outro caso, eles estaria localizados e lados opostos e relação ao gene e, portanto, separados por 63 c (33 + 30). A forulação precisa dessa hipótese é que peritiu que ua dedução crítica fosse feita e que ela pudesse ser testada edindo-se a taxa de recobinantes entre v e. Sturtevant fez o experiento e verificou que a porcentage de recobinação entre v e era igual a 3% ou seja, e 97% dos descendentes a utação v estava associada à utação e e apenas 3% deles elas aparecia separadaente. Esse resultado indicava que os genes v e estava uito próxios e, portanto, do eso lado do croossoo e relação ao gene. A grande concordância entre os resultados obtidos e os esperados constituiu-se e u forte arguento a favor da veracidade da hipótese. A. B. C. 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234 30 c Agora pode estar tanto à direita coo à esquerda de. 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234 30 c 33 c 33 c v?? v v r 0 1 30,7 33,7 57,6 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 Figura 33. étodo de Sturtevant para deterinar a orde linear dos locos gênicos nos croossoos. A. ostra e v separados por ua distância proporcional à porcentage de recobinantes entre eles. B. ostra a ipossibilidade de se saber se está do eso lado que v ou do lado oposto. C. ostra a posição relativa de cinco locos no croossoo X de D. elanogaster. 1 Centiorgan, representado pela sigla c, é a unidade de distância entre dois genes ligados, equivalendo a 1% de recobinantes. Essa unidade é utilizada e apeaento croossôico feito pela análise da porcentage de recobinantes entre dois lócus gênicos quaisquer localizados e u eso croossoo. Por exeplo, se na descendência de u cruzaento e que são analisados dois lócus, 15% dos indivíduos são recobinantes, a distância entre estes lócus é de 15c. 106
107 organ não teve dúvidas e adotá-la, pois estava influenciado pela fora dos croossoos, especialente durante a prófase, isto é, fios longos. Sturtevant fez experientos seelhantes co os alelos utantes hite (), que altera a cor dos olhos, e rudientar (r), que altera o taanho das asas, e construiu o apa croossôico para esses locos (Fig. 33C). O loco foi considerado coo ponto de partida e os deais locos gênicos fora colocados a distâncias equivalentes às porcentagens de recobinantes entre locos adjacentes. A hipótese da perutação dupla Ua situação intrigante foi logo encontrada. Experientos repetidos ostrava que a distância entre os locos dependia da aneira coo o apa croossôico era construído. O apa da figura 33C, por exeplo, ostra ua distância de 57,6 c entre os genes e r. Este valor equivale à soa dos valores individuais de recobinantes entre os genes e, entre os genes e v, e assi por diante. Quando a porcentage de recobinantes era deterinada por experientos que utilizava apenas os genes e r, os valores encontrados era enores que os previstos. Sturtevant levantou a hipótese de que essas diferenças poderia ser devidas à ocorrência de perutações duplas. Tal fenôeno poderia colocar os alelos de volta no croossoo original. O resultado final seria ua aparente ausência de perutação entre os dois locos, quando, na realidade, ocorrera duas. as de que odo a hipótese da ocorrência de perutação dupla poderia ser testada? Sturtevant testou essa hipótese usando três genes (arcadores) siultaneaente. E u experiento, ele cruzou fêeas que tinha os alelos, e e u dos croossoos X e os alelos, e no outro croossoo X co achos que possuía os 3 alelos recessivos. Ele obteve 10495 descendentes, que fora analisados co relação aos seus fenótipos, e deste odo pôde ter evidências da ocorrência ou não de perutações duplas. (Fig.34) Quando não ocorresse perutação entre os locos e, etade dos descendentes seria do tipo selvage e a outra etade teria corpo de cor Ausência de perutação 6972 oscas aarela (ello), olhos brancos (hite) e asas reduzidas (iniature). Sturtevant verificou que 6972 oscas apresentava u ou outro desses dois fenótipos. Quando ocorresse perutação entre os locos e, as oscas teria corpo de cor aarela, olhos brancos e asas longas ou olhos e cor do corpo do tipo selvage, co asas utantes (reduzidas). Sturtevant encontrou 3454 oscas que apresenta u ou outro desses dois fenótipos. Perutação entre os locos e resultaria e oscas co corpo de cor aarela e asas e olhos do tipo selvage ou oscas co cor do corpo do tipo selvage, as co olhos brancos e asas reduzidas. Apenas 60 oscas co u ou outro desses dois fenótipos fora encontradas, o que indicava que os locos e estava situados uito próxios no croossoo. E, finalente, fora obtidos apenas nove indivíduos, dentre os 10495, que apresentava corpo de cor aarela, olhos verelhos e asas reduzidas ou olhos brancos e cor do corpo e asas do tipo selvage. A orige destas duas classes fenotípicas poderia ser explicada co base na ocorrência de perutação dupla, coo ostrado na figura 34. Deve ficar claro, portanto, que é necessário a análise de no ínio 3 genes para que seja possível detectar a ocorrência de perutação dupla. Se apenas os locos e tivesse sido utilizados, qualquer perutação dupla entre eles não seria detectada, ua vez que os alelos e teria reassuido suas posições originais. (Fig. 34, últio esquea à direita). Para evitar erros devido a ocorrência de perutações duplas, os pesquisadores da Sala das oscas fazia seus apas croossôicos por eio da soa dos dados de cruzaentos que envolvia lócus próxios. Perutação entre e 3454 oscas Perutação entre e 60 oscas Perutação dupla 9 oscas Figura 34. Representação esqueática do experiento de Sturtevant para testar a ocorrência de perutação dupla e drosófila.
INTERFERÊNCIA E COINCIDÊNCIA E 1916, quando uller publicou sua tese de doutoraento, o ecaniso da peruta adquiriu aior coplexidade. Assuindo que as perutas ocorreria ao acaso ao longo do croossoo, uller calculou a probabilidade de ocorrer dupla peruta envolvendo dois segentos adjacentes. Por exeplo, a porcentage de duplos recobinantes entre e, caso as perutas ocorresse ao acaso e fosse eventos independentes, deveria ser igual ao produto entre a freqüência de recobinantes para os genes e e a freqüência de recobinantes para os genes e. E seus experientos, ele verificou que: para pequenas distâncias não fora encontrados duplo recobinantes; para distâncias interediárias (10 a 30 c), ebora u núero razoável de duplo recobinantes estivesse presente, a porcentage era enor do que a esperada; soente para grandes distâncias o teste ostrou ua correspondência entre o núero de duplos recobinantes previsto (calculado teoricaente) e o realente observado. Isso indicava que a ocorrência de ua peruta e u deterinado ponto do croossoo poderia interferir na ocorrência de ua outra peruta e regiões adjacentes. uller passou a chaar esse fenôeno de interferência. Ele propôs que a razão entre as freqüências observadas e esperadas de duplo-recobinantes poderia ser usada coo ua edida ateática da interferência, a essa razão ele denoinou de coeficiente de coincidência (c.c.). Portanto, c.c. = freqüência observada de duplo-recobinantes freqüência esperada de duplo-recobinantes Havendo interferência copleta (=1), ou seja, quando a ocorrência de ua peruta ipede a ocorrência de perutas nas regiões adjacentes do croossoo, não se fora duplo recobinantes e, portanto, o coeficiente de coincidência é zero. Por outro lado, a ausência de interferência resulta e u coeficiente de coincidência igual a u pois a freqüência esperada de duplo-recobinantes é igual à freqüência obtida. A interferência é dada por 1 - c.c.. Portanto, tanto o coeficiente de coincidência coo a interferência são valores que varia de 0 (zero) a 1 (u). Ua pergunta que se pode fazer nesse ponto é: o apa croossôico, assi construído, reflete acuradaente as posições dos genes nos croossoos? Sturtevant tinha a seguinte opinião: É claro que não se sabe se as distâncias, coo são obtidas, representa a real posição espacial dos fatores. A distância -v pode, e realidade, ser enor do que a distância sc-. O que sabeos, é que as quebras são ais prováveis de ocorrer entre e v do que entre sc e. Assi, há duas possibilidades: ou o segento -v seria ais longo do que o segento sc-, ou seria ais sensível a quebras. O ponto que pretendo chaar a atenção é que não teos coo saber se os croossoos tê ua uniforidade e sua extensão ou se existe pontos ais ou enos suscetíveis a quebras. Sendo assi, nosso diagraa pode não representar as distâncias relativas reais entre os fatores - as, eu penso que isto não o desvaloriza coo u diagraa. E sua tese de doutoraento, Sturtevant chegou à seguinte conclusão: Estes resultados são explicados co base na aplicação da hipótese de quiasatipia na associação entre fatores. Eles são u novo arguento e favor da teoria croossôica da herança ua vez que são fortes evidências de que os fatores investigados estão arranjados e ua série linear, pelo enos ateaticaente. Deve ser lebrado que ao dirigir-se à Aerican Breeders Association, organ acusou os endelistas de sugerire vários tipos de ecanisos não provados para explicar todas as exceções às leis originais de endel. O eso tipo de crítica foi, por sua vez, dirigido à equipe de organ: Coo seria possível iaginar que nos croossoos pudesse ocorrer coisas tão extraordinárias, coo perutações siples e duplas, se não existia a enor evidência citológica a respeito de tais eventos? Esse era u tipo de crítica difícil de ser rebatida nos anos da década de 1910, poré os fatos básicos peranecera - à edida que novos dados ia sendo acuulados, esses ostrava fazer sentido co base nas hipóteses que ia sendo propostas pela equipe que se dedicava ao estudo da D. elanogaster. A equipe vinha fornecendo u esquea conceitual que explicava cada vez elhor os ecanisos da Genética. Assi, por si só, tornava ais provável a veracidade do esquea conceitual. 108
UA ALTERNATIVA PARA ELHOR COPREENSÃO DESTE TÓPICO. Adita que teos alguns dados relativos a ua viage de São Paulo a Brasília pela interestadual BR-050 e que quereos utilizar estes dados para localizar alguas cidades situadas na rota e encontrar as distâncias entre elas. Adita tabé que os dados fornecidos seja os únicos disponíveis. Nossos prieiros fatos serão as distâncias, e k, entre estas cidades (Tabela I). Tabela I. Distâncias rodoviárias entre alguas cidades brasileiras. CIDADES Distância e k Lieira - São Paulo 153 Lieira - Ribeirão Preto 166 Ribeirão Preto - Uberlândia 274 Ribeirão Preto - São Paulo 319 Uberlândia - Brasília 425 Uberlândia - Lieira 440 Uberlândia - São Paulo 593 Brasília - Ribeirão Preto 699 Brasília - Lieira 865 Que tipo de inforações adicionais são necessárias para que as cidades encionadas possa ser colocadas e suas posições relativas? Isto pode ser feito, obviaente se o conheciento se São Paulo está situada à Norte, Sul, Leste ou Oeste de Brasília. Qual é então a distância entre São Paulo e Brasília? Esqueatize, e ua linha reta iaginária, que corresponderia à rodovia BR- 050, as 5 cidades arroladas na tabela I, co base nas distâncias entre elas. DUAS ESTRUTURAS PODE OCUPAR O ESO LUGAR NO ESPAÇO? Aqui se encontra u outro fato intrigante para ser pensado. Durante a execução dos experientos que peritira a construção do apa do croossoo X, foi identificado o loco do utante eosin, que quando e hoozigose, nas fêeas, produzia olhos de cor alaranjada. Observou-se que, tanto quanto se podia verificar, eosin e hite apresentava ua porcentage de recobinação idêntica e relação aos locos adjacentes. Qual seria a explicação para tal fato? 109 A distância entre eles [hite e ello] é ua unidade, o que significa que há u recobinante e 100 observações. O loco do utante eosin apresenta a esa freqüência de recobinação co ello. Entre a cor de olho hite e a asa iniature a taxa de recobinação é 33 %. Eosin apresenta este eso valor co iniature. O eso acontece co relação ao loco do utante de olho bar, onde se observa ua taxa de recobinação de 44% tanto para hite quanto para eosin. Relações siilares fora obtidas para todos os caracteres do prieiro grupo de ligação. O que se pode concluir a partir destas inforações? Se os dados de recobinação pode ser usados para se deterinar a posição relativa dos genes e u deterinado croossoo, as inforações acia indicaria que eosin e hite ocupa o eso loco. Seria possível ocorrer tal situação? Pode-se sugerir que eosin e hite estão tão próxios u do outro, que seria necessária a observação de centenas de ilhares de oscas para ser possível detectar ua perutação entre eles. Para copreenderos elhor esse caso, façaos a seguinte pergunta: qual seria a explicação aceitável para o apareciento da proporção endeliana de 3:1? A resposta do grupo de organ foi a seguinte: 1. Se u acho hite de Drosophila é cruzado co ua fêea selvage (olhos verelhos), a proporção fenotípica da F 2 de 3 selvagens para 1 hite é explicada pela lei de endel, co base no fato de que o fator que condiciona os olhos verelhos é o aleloorfo do fator que condiciona os olhos brancos. 2. Se u acho eosin é cruzado co ua fêea selvage, a proporção da F 2 de 3 selvagens para 1 eosin é tabé explicada se o fator que condiciona os olhos verelhos e o fator que condiciona os olhos brancos fore aleloorfos. 3. Se o eso acho hite for cruzado co ua fêea eosin, a proporção da F 2 de 3 eosin para 1 hite é ais ua vez explicada considerando-se eosin e hite coo aleloorfos. Este teste operacional para aleliso indica que a concepção dos aleloorfos não pode ser liitada a dois fatores diferentes que ocupa locos idênticos nos croossoos hoólogos. É
possível que haja três, ou eso ais fatores diferentes apresentando este tipo de relação entre si. Ua vez que eles ocupa o eso loco, eles são utuaente exclusivos e conseqüenteente, não ais do que dois pode ocorrer e u eso organiso diplóide ao eso tepo. A priori é razoável se supor que u fator pode udar e ais de ua fora, e assi produzir últiplos aleloorfos... Considerando-se a hipótese croossôica, a explicação desta relação fica aparente. U fator utante está localizado nu ponto definido de u deterinado croossoo; supõe-se que o seu aleloorfo noral ocupe ua posição correspondente (loco) no croossoo hoólogo. Se ua outra utação ocorrer no eso local, o novo fator deve agir coo u aleloorfo do prieiro utante; be coo do aleloorfo noral. À edida que os anos fora passando, uitos outros utantes que era apeados no eso loco do gene hite fora sendo descobertos. Não se tratava ais de u caso isolado. Alelos últiplos de u eso gene constitue u fenôeno genético cou. Deve ser enfatizado, ua vez ais que, à edida que o volue de inforações a respeito de D. elanogaster foi auentando, novos esclarecientos sobre os ecanisos da hereditariedade fora sendo efetuados. Foi uito ais lucrativo para aquela produtiva equipe da Sala das oscas ter concentrado seus esforços e apenas ua espécie, do que se tivesse se dedicado ao estudo da genética de ua dúzia de espécies diferentes. Co a extensa biblioteca de alelos utantes já disponíveis e 1915, podia ser levantadas diferentes tipos de questões, para as quais havia ua grande probabilidade de se encontrar respostas adequadas. Anos ais tarde, o fato de E. coli ter recebido ua atenção igualente concentrada fez co que sua biologia se tornasse ais conhecida do que a de qualquer outro organiso vivo. EXERCÍCIOS PARTE A: REVENDO ONCEITOS FUNDAENTAIS Coplete as frases de 1 a 5 co as alternativas abaixo: (a) coeficiente de coincidência (b) interferência (c) loco gênico (d) apa croossôico ou apa de ligação (e) unidade de apa (u..) 1. A taxa de recobinação entre genes pertencentes a u eso grupo de ligação é usada para se deterinar o posicionaento relativo e linear desses genes no ( ). 2. A posição que u gene ocupa e u croossoo ou e u segento de DNA é chaada ( ). 3. O fenôeno da ocorrência de ua peruta diinuir ou auentar a probabilidade da ocorrência de outra peruta e ua região adjacente do croossoo é denoinado ( ). 4. Ua ( ) é a distância entre dois genes que apresenta 1% de recobinantes. 5. A razão entre a freqüência observada de duplo recobinantes e a freqüência esperada caso as perutas ocorra ao acaso ao longo do croossoo é denoinada ( ). PARTE B: LIGANDO CONCEITOS E FATOS Para responder as questões de 6 a 8 utilize as alternativas abaixo: (a) ocorrência de perutação dupla (b)localização linear e e posições definidas dos genes nos croossoos (c) ocorrência de recobinação intercroossôica (d)ocorrência de recobinação intracroossôica 6. O fato de a porcentage de recobinação entre dois genes quaisquer de u eso croossoo ser constante é explicado pela ( ). 7. O fato de a distância entre dois genes, calculada diretaente, ser enor do que a distância obtida pela soa de suas distâncias e relação a u terceiro gene localizado entre eles é explicada pela ( ). 8. E u de seus experientos, Bateson e colaboradores cruzara linhagens de ervilhade-cheiro duplo-hoozigóticas doinantes quanto a cor da flor e a fora do grão de pólen (flor azul e grão de pólen longo) co linhagens duplo-hoozigóticas recessivas (flor verelha e grão de pólen redondo). Os indivíduos da geração F 1 fora subetidos a u cruzaentoteste que resultou e 12,6% de descendentes recobinantes, isto é, apresentando flor azul e 110
pólen redondo ou flor verelha e pólen longo. Estes resultados pode ser explicados pela ( ). PARTE C: QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR 9. O cruzaento-teste é indispensável para o apeaento croossôico dos genes ligados ao croossoo X? Por quê? E quanto aos genes autossôicos? 10. Esqueatize os cruzaentos realizados por Sturtevant para detectar as perutações duplas e construa o apa croossôico por eio dos dados disponíveis no texto. Copare o seu apa co o da figura 33C (p. 106). Estie o coeficiente de coincidência e a interferência. Obs.: Inicie o apeaento considerando a freqüência de recobinação entre os genes dois a dois, só depois considere as perutas duplas. 11. Por que dois genes que estão uito afastados e u eso croossoo são herdados coo se tivesse segregação (disjunção) independente, isto é, ua taxa de recobinação de cerca de 50%? 12. Drosófilas fêeas de ua linhage heterozigótica para três genes ligados fora subetidas a cruzaentos-teste e concluiu-se, pelos resultados, que produzira os seguintes gaetas: ABc 410 abc 420 AbC 12 abc 12 Abc 19 abc 20 ABC 0 abc 1 Calcule a distância entre os genes e a interferência. 13. E Drosophila elanogaster os genes A, B e C estão localizados no croossoo III, nesta seqüência. A distância entre eles é A - B = 30 u.. (u.. = unidades apa) e B - C = 40 u.. O coeficiente de coincidência para esta região do croossoo é 80%. Qual será a freqüência de cada ua das classes fenotípicas resultantes do cruzaento de fêeas triplo-heterozigóticas a + c / + b + co achos triplo recessivos a b c / a b c? 14. Assua que e 6% de todas as eioses e beterraba ocorra ua perutação entre os locos A e B. Qual é a distância de apa de recobinação separando estes locos? 111