Aula 5- Genética

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MSc. Eliane Carvalho
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Genótipo e Fenótipo
Genótipo
Fenótipo
Características herdáveis
Manifestações externas 
de um genótipo
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1905
Braquidactilia 
(dedos curtos)
Hereditária
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Décadas de 1920 a 1940
Gêmeos monozigóticos
Mesmos genes
Ambiente
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Poucas informações sobre a natureza dos GENES
Três funções:
 O material que forma o gene deve estocar a informação genética e transmitir com precisão dos genitores para a prole;
 O material genético deve controlar a o desenvolvimento do organismo e ditar o seu crescimento;
 O material genético deve sofrer mudanças para produzir variações que permitem os organismos adaptar-se a modificações no ambiente. 
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Estruturas conhecidas
Proteínas
DNA
RNA
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Pneumococos tipo III 
Inoculados em ratos
Morte
Experiência de Griffith, 1928
Letal
Pneumonia
Letal
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Pneumococos tipo II 
Inoculados em ratos
Camundongo sobrevive
Experiência de Griffith, 1928
Não são nocivos
Não-
letal
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Pneumococos tipo III 
Inoculados em ratos
Camundongo sobrevive
Experiência de Griffith, 1928
Calor = “morte” da bactéria
Aquecimento
Pneumonia
Letal
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Conclusões (Experiência de Griffith, 1928)
O envoltório não causa a morte genes não estão no envoltório
Experiência de Griffith, 1928
 TRANSFORMAÇÃO
Uma bactéria não letal pode passar a ser letal
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Quem promoveu a transformação?
Que componente químico carrega as informações genéticas?
Experiência de Avery et al., 1944
Protease
Degrada proteínas
Ainda ocorre transformação
DNAse
Degrada DNA
Não ocorre transformação
DNA é o material genético?
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Streptococcus pneumoniae
 Linhagem não virulenta
Destruição de componentes químicos
Linhagem virulenta
 
Conclusões (Avery et al., 1944)
O DNA é o material genético das bactérias
site http://profiles.nlm.nih.gov/CC/Views/Exhibit/documents/discovery.html
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Onde fica o material genético?
Núcleo
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Genética molecular
 Estrutura DNA
Difração de raio X
Por Rosalind Franklin & Maurice Wilkins
Longo e fino
Duas partes similares que são paralelas uma a outra
Correm ao longo da molécula
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Genética molecular
Proposta de Watson e Crick (1953)
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Qual a composição do DNA?
3 tipos de componentes químicos
Fosfato
Açúcar – 5 carbonos
(desoxirribose)
4 bases (Adenina, Timina, Guanina, Citosina)
Nucleotídeo
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Tipos de bases do DNA
Guanina
Adenina
Timina
Citosina
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Vírus, bactérias e eucariotos
DNA e RNA
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Qual a diferença do DNA para o RNA
DNA
RNA
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Três pontes de 
hidrogênio
Mais estável
Duas pontes de hidrogênio
Pontes de hidrogênio é quando o átomo de hidrogênio está ligado a dois outros átomos por ligações covalentes, ou seja, o hidrogênio compartilha um ou mais pares de elétrons com os outros átomos.
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Estrutura tridimensional do DNA
DNA é uma dupla hélice composta de duas cadeias de nucleotídeos mantidas juntas pelo pareamento complementar de A com T e C com G.
Sulco menor
Sulco maior
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Estrutura tridimensional do DNA
Fitas de DNA: anti-paralela ou complementaridade reversa;
5′ CCAAT 3′
Polarização do DNA
-Extremidade 5’ tem um radical fósforo (- P) no carbono 5′
Extremidade 3’ tem uma hidroxila livre (-OH) no carbono 3′
3′CCAAT5′
Ligação fosfodiéster: ligação covalente que ocorre entre dois grupos hidroxila (-OH) dos fosfatos e duas hidroxilas dos açúcares das fitas de DNA por meio de dupla ligação.
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Quem pareia com quem?
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Regras de Chargaff da composição das bases
A quantidade de nucleotídeos pirimídicos (T + C) é sempre igual à quantidade total de nucleotídios purínicos (A + G), então: (T+C)= (A+G)
A quantidade de T é sempre igual à quantidade de A; a quantidade de C é sempre igual a de G
A quantidade de A + T não é necessariamente igual a de C+G
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Diversidade da estrutura do DNA
Como que o DNA pode ser o material genético se o que varia são apenas as 4 bases que formam os nucleotídeos????
Os nucleotídeos podem estar em qualquer ordem
O DNA é muito grande
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Diversidade da estrutura do DNA
E o que isto importa???
Fragmento de DNA de 100 pares de base de tamanho
4 
1.000.000 10 tipos de combinações
100
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Exercícios (sala de aula)
Quantas moléculas diferentes de DNA com 10 pares de nucleotídeos são possíveis? 
Se a timina constitui 15% das bases em certa amostra de DNA, que percentagem de bases deverão ser de citosina?
T = A; C = G
C = 35%
Uma pessoa apresenta conteúdo de C + G em uma amostra de seu DNA igual a 48%. Quais as proporções das quatro bases diferentes?
Se A=T e G=C 
A +T + C+ G= 100%
(T+C) = (A + G)
T + A = 30% (15% T + 15% A); 
C + G = 70% (35% C + 35% G)
C+G= 48%
A+ T = 52%
C e G= 24 % cada
A+ T = 26 % cada
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Sequenciamento humano
"O genoma humano contém o código genético que preside o cerne de cada um dos 10 trilhões de células em cada ser humano; ele influencia profundamente os nossos corpos, comportamentos e nossas mentes. A finalização do sequenciamento do genoma humano auxiliará o estudo das influências não-genéticas no desenvolvimento humano, revelará novas descobertas sobre as nossas origens e a nossa história, como uma espécie, e apontará para novas formas de se combater as doenças" (Nature, 2001).
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Diversidade da estrutura do DNA
3 bilhões de nucleotídeos sequenciados 
Mais de 50 % não tem função conhecida
Iniciativa pública: 22 mil Iniciativa privada: 26 mil
Genes identificados
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Genes
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Doenças
Por quê?
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O que são elementos transponíveis?
Sequências de DNA capazes de se autoduplicar e se integrar em novas localizações do genoma, podendo mobilizar sequências não autônomas
- Mutações
- Ativação ou desativação de genes
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Mas o que é gene?
“Unidade fundamental física e funcional da hereditariedade, formada por uma sequência de nucleotídeos que é requerida para a produção de um produto funcional, sendo responsável por levar informação de uma geração para outra”.
Genes de cópia simples
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Organização dos genes em cromossomos
Cariótipo humano
46 cromossomos em metáfase, organizados aos pares
Cada cromossomo metafásico é composto de 2 moléculas de DNA
Cada cromossomo metafásico é composto de 2 moléculas de DNA
92 moléculas de DNA por cariótipo humano normal
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Compactação do DNA em cromossomos
Torção sucessivas do DNA para a direita
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Compactação do DNA em cromossomos
Vídeo 1
Mas como isto ocorre???
Vídeo 2
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Estrutura dos cromossomos
Braço curto
(p)
Braço longo
(q)
Divide o cromossomo em duas partes
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Tipos de cromossomos
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Eucromatina = genes transcritos
Heterocromatina
Sequências nunca transcritas
Sequências transcritas ou não
Estrutura dos cromossomos metafásicos
DNA repetitivo
Doenças????
Função desconhecida
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Estrutura dos cromossomos metafásicos
Telômeros: estabilidade aos cromossomos (sequência comum TTAGGG)
Evita que os cromossomos se fusionem
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Localização física cromossômica de genes de interesse
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Localização física cromossômica de genes de interesse
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Cariótipo humano
 Conjunto de características cromossômicas de uma célula somática de um indivíduo
7 grupos + par sexual
Grupo A
Grupo B
Grupo G
Grupo C
Grupo D
Grupo F
Grupo E
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Sistema Internacional de Nomenclatura de Cromossomos Humanos
Grupo A – Cromossomos dos pares 1, 2 e 3
	1 – Metacêntrico – maior cromossomo
	2 – Submetacêntrico – grande
	3 – Metacêntrico – menor que os primeiros
Grupo B –4 e 5
	4 e 5 - Submetacêntricos com braço curto pequeno
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Grupo C – Cromossomos dos pares 6 a 12
	Cromossomos submetacêntricos menores que do grupo B 
	
Grupo D –13 a 15
	Cromossomos
acrocêntricos grandes
Sistema Internacional de Nomenclatura de Cromossomos Humanos
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Grupo E – Cromossomos dos pares 16 a 18
	16 – Metacêntrico
	17 – Submetacêntrico
	18 – Submetacêntrico com braço curto menor que o do 17
	
Grupo F –Cromossomos dos pares 19 e 20
	Metacêntricos menores que o 16
Sistema Internacional de Nomenclatura de Cromossomos Humanos
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Grupo G – Cromossomos dos pares 21 e 22
	Acrocêntricos menor que do grupo D
	
Sistema Internacional de Nomenclatura de Cromossomos Humanos
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Cariótipo humano
 Cromossomos sexuais XX ou XY
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Mamíferos – Cromossomos sexuais XX/XY 
Cerdocyon thous (Mammalia, Canidae)
Lobinho, lobete ou cachorro-do-mato
Hatanaka et al., 1998 (Genetics and Molecular Biology)
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Mamíferos – 100% possuem cromossomos sexuais
Maioria – XX/XY
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Morcegos da família Phyllostomatinae
XX- fêmeas
X Y1 Y2 - machos
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Aves – Cromossomos sexuais ZZ/ZW
Nandayus nenday (Psitasidae)
Príncipe-negro 
Francisco & Galleti Jr., 2001 (Hereditas)
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Aves – 100% possuem cromossomos sexuais
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Répteis e Anfíbios – podem apresentar comossomos sexuais
XX/XY
X1 X1X2 X2/ X1X2Y
ZZ/ZW
Z1 Z1Z2 Z2/ Z1Z2W
Répteis
Anfíbios
XX/XY
ZZ/ZW
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Peixes – 10 % possuem cromossomos sexuais
ZZ/ZW
 
ZZ/ZW1W2
Z1Z2Z2/Z1W1Z2W2
Entre outros...
XX/XY 
X1 X1X2 X2/ X1X2Y
XX/XY1Y2
XX/XO 
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Invertebrados – todos os tipos de determinação de sexo possíveis
Drosophila melanogaster – mosca das frutas
Número de cromossomos X determina o sexo
Número par: fêmea
-Número ímpar: macho
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Invertebrados – todos os tipos de determinação de sexo possíveis
Aranhas e maioria dos insetos (odonatas – libélulas; ortópteros – grilos, gafanhotos; hemípteros e heterópteros)
XX – fêmea
XO - macho
Mariposas e outros insetos
ZO – fêmea
ZZ - macho
Lepdópteros - borboletas
ZW – fêmea
ZZ - macho
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Plantas – poucas espécies dióicas apresentam cromossomos sexuais identificados
XX/XY e suas variações
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E as espécies que não possuem cromossomos sexuais?
Onde estão os genes relacionados ao sexo?
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Ausência de cromossomos sexuais diferenciados
Cichla spp. Tucunaré
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O projeto genoma obteve a sequencia completa do DNA dos cromossomos humanos. Considerando que as células somáticas humanas possuem 46 cromossomos, qual o número mínimo de cromossomos que teve que ser sequenciado para se obter esta informação? Por quê?
24 cromossomos. 
Os 22 pares autossômicos podem ser considerados como tendo homologia perfeita, porém nos cromossomos sexuais X e Y ocorre apenas homologia parcial. Portanto: 22 autossomos + X + Y, o que totaliza 24 cromossomos.
Exercícios 
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A organização do material genético de procaritos é igual a dos eucariotos?
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Organização do Material Genético de Vírus e Bactérias
DNA circular
(nucleóide)
Sem íntrons
DNA ou RNA
Circular, linear ou segmentado
Fita simples ou fita dupla
Pode ter íntrons (normalmente não tem)
Bacteriófago
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Em dezembro de 1997 foi publicada a sequencia do DNA dupla fita da bactéria Escherichia coli. Os números impressionam: são cerca de 4,6 milhões de pares de bases e os genes que codificam proteínas são 4.288. Para surpresa de muitos, 38% desses genes ainda não tem função conhecida. Com bases nestas informações, é correto afirmar que o DNA da bactéria Escherichia coli tem cerca de 9,2 milhões de moléculas de fosfato? Por quê?
Exercícios 
Sim. Se o genoma possui 4,6 milhões de pares de base e o DNA é dupla fita, ele possui o dobro de nucleotídeos e cada nucleotídeo está ligado a uma molécula de fosfato.
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Só existe o DNA nuclear???
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DNA extra-nuclear
Plastos (cloroplastos, xantoplastos, etc)
Mitocôndrias
Plasmídios
 Os genes extranucleares também chamados genes citoplasmáticos;
 O DNA das organelas celulares são circulares e pequenos;
- Não ocorre recombinação (somente mutação);
- Herança não-mendedliana (citoplasmática).
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Genoma mitocondrial
Tamanhos variados de genoma:
• Vertebrados: ~16 kb
• Leveduras: ~80 kb
• Plantas: ~100 kb to 2 Mb
Genoma mitocondrial pode apresentar íntrons, exceto nos mamíferos
Alta taxa de mutação
Normalmente herança uniparental
	Plantas: pode ser materna ou paterna
	Animais: normalmente materno
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Genoma dos cloroplastos
Somente em plantas
Sequência no genoma varia de 70kb - 201kb
• 100-250 genes:
– Gene expressos
– Fotossíntese – 20 genes
– Metabolismo
Normalmente herança uniparental
	Angiospermas: materna ou paterna
 	Coníferas: paterna
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Bactérias
Genoma dos plasmídeos
Somente em bactérias
Genes não codificam sequências essenciais
Podem conferir vantagens adaptativas (resistência)
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DNA
Genótipo
Fenótipo
Genes
Ambiente
Compactação do DNA
Cromossomos
Lócus
Alelos
Mapa Conceitual
Cópia simples
Repetidos em tandem
Sequência simples
Sequência repetida
Mudança em algumas bases dos genes
Cariótipo
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DNA
Genótipo
Fenótipo
Genes
Ambiente
Compactação do DNA
Cromossomos
Lócus
Alelos
Mapa Conceitual – Aula 2
Cópia simples
Repetidos em tandem
Sequência repetida
Sequência simples
Mudança em algumas bases dos genes
Cariótipo
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Exercícios de fixação de conteúdo
As flores das hortências podem ser azuis, se plantas em solo de teor ácido, ou róseas se plantadas em solo alcalino. Essa observação indica que:
( a) O fenótipo resulta da interação do genótipo com o meio ambiente
(b) Essa característica depende exclusivamente do genótipo do organismo.
(c) O ambiente anula a informação genética do indivíduo.
(d) A característica cor da flor independe do genótipo.
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2) Um fruticultor comprou dois lotes de mudas de morango, lote I e lote II, supostamente da mesma variedade. Plantou as mudas em dois terrenos preparados, localizados em regiões distintas. O lote I foi plantado em um terreno montanhoso, de clima frio e úmido. O lote II foi plantado em um terreno litorâneo, quente e de solo mais seco. Os frutos do lote I são sempre doce e os do lote II sempre ácidos. Considerando que o fenótipo é o resultado entre genótipo e o ambiente, responda:
	Como, através de um experimento, o fruticultor poderia saber se a difrença de acidez nos frutos ocorreu devido ao fato de não serem os dois lotes de morango da mesma variedade (ao contrário do que se supunha) ou em vista de estarem em dois terrenos situados em regiões diferentes?
Exercícios de fixação de conteúdo
 Plantar mudas dos dois lotes diferentes no mesmo terreno: se todos os morangos tiverem o mesmo sabor, significa que são do mesmo genótipo e o ambiente estava modificando o fenótipo (sabor); se tiverem sabores diferentes, significa que não apresentavam o mesmo genótipo.
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Exercícios (sala de aula)
Quantas moléculas diferentes de DNA com 50 pares de nucleotídeos são possíveis? 
Se a timina constitui 25% das bases em certa amostra de DNA, que percentagem de bases deverão ser de citosina?
T = A; C = G
C = 25%
Uma pessoa apresenta conteúdo de C + G em uma amostra de seu DNA igual a 38%. Quais as proporções das quatro bases diferentes?
Se A=T e G=C 
A +T + C+ G= 100%
(T+C) = (A + G)
T + A = 50% (25% T + 25% A); 
C + G = 50% (25% C + 25% G)
C+G= 38%
A+ T = 62%
C e G= 19 % cada
A+ T = 31 % cada
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Exercícios
Acará-disco
60 cromossomos em metáfase
Cada cromossomo metafásico é composto de 2 moléculas de DNA
Quantas moléculas de DNA o acará-disco apresenta nas células metafásicas? 
120 moléculas de DNA
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Exercícios
Trigo
42 cromossomos em metáfase
Cada cromossomo metafásico é composto de 2 moléculas de DNA
Quantas moléculas de DNA o acará-disco apresenta nas células metafásicas? 
84 moléculas de DNA
Como que o DNA se compacta para formar os cromossomos?
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Exercício 1
Montagem de um cariótipo
humano esquemático - idiograma
Entrega na próxima semana
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Referência Bibliográfica
GRIFFITHS, A.J.F.; WESSLER, S.R.; LEWONTIN, R.C.; CARROLL, S.B. 2008. Introdução à Genética. 9ª Edição. Editora Guanabara Koogan S.A. Rio de Janeiro. 712 p.
SNUSTAD, P.; SIMMONS, M.J. 2008. Fundamentos de genética. . 4ª Edição. Editora Guanabara. Koogan S. A. Rio de Janeiro. 922 p.
Pasta 316
Xerox do bloco A
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