Interação gênica

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Disciplina de genética básica para o curso de Zootecnia
Interação gênica
Introdução
A identificação de um gene importante que controle um determinado caráter não significa que ele seja
o único responsável por tal característica. Por exemplo, em determinadas raças de gado, existe um
gene de efeito maior, cujo alelo recessivo determina que um touro ou uma vaca terá chifres. Porém,
para que esses animais desenvolvam seus cornos, existe uma série de genes subjacentes que
também contribuirão para a formação dessa estrutura. Assim, alguns animais desenvolverão chifres
maiores, outros menores, ou então cornos mais abertos, mais retos, e assim por diante. Um
organismo existe graças a interação entre os seus genes (o seu genoma) e o ambiente. Diferentes
genes interagirão entre si em maior ou em menor grau, por meio de seus produtos (proteínas,
enzimas, hormônios etc). Portanto, um gene não age de maneira isolada e os seus efeitos dependem
não só de suas próprias funções, mas também das funções de outros genes, bem como da ação do
próprio ambiente interno (células, tecidos, órgãos etc) e externo (a fonte de alimento, estresse
ambiental, parasitas etc) ao organismo.
Quando muitos genes estão envolvidos na determinação de um caráter, costuma ser difícil perceber
o efeito individual de cada um deles. Porém, podemos ter uma ideia do que acontece nessas
situações estudando algumas características que possuem dois ou três genes de efeito maior
participando da sua produção. Em muitos casos, as interações complexas de dois ou mais genes
principais podem ser detectados pela análise genética. Tipicamente, esse modo de interação,
também chamado de interação não alélica (tendo em vista que, neste caso a interação ocorre entre
alelos de locos diferentes), acaba sendo revelado na prole de determinados cruzamentos, que
apresentarão proporções mendelianas diferentes das tradicionais. Um exemplo clássico foi descrito
pelo pesquisador sueco Nilsson-Ehle, em 1909, ao trabalhar com a herança da cor dos grãos em
trigo e aveia:
Ele descobriu que nessas gramíneas existem 3 locos distintos envolvi dos na coloração vermelha e
branca dos grãos. Qualquer um desses genes quando considerados separadamen te mostra, na
geração F2, uma proporção de 3 grãos vermelhos para 1 branco. Porém, se as linhagens cruzadas
segregam para dois deles, a proporção encontrada se assemelha à segunda lei de Mendel. E, em
linhagens que segregam para os três genes são obtidas sementes com tonalidades desde o
vermelho escuro, passando por vermelhos mais diluídos até se chegar ao grão branco. Assim,
através de cruzamentos apropria dos, Nilsson-Ehle pode associar as diferenças de coloração com
diferenças no número de genes que conferiam a cor vermelha. Com isto, foi possível comprovar que
existiam genes de efeito semelhante e cumulativo e que, os genes mendelianos eram capazes de
produzir variação contínua.
Um exemplo semelhante é encontrado quando estudamos o padrão de herança da forma da crista de
determinadas raças de galinhas. Percebemos que este caráter não segue o padrão convencional de
proporções fenotípicas de 3:1 ou 1:2:1 comumente observada na primeira lei de Mendel:
Na verdade, vemos no cruzamento acima que ele revela uma proporção fenotípica na F2 de 9:3:3:1,
semelhante à observada na segunda Lei de Mendel. Acontece que esse resultado não pode ser
explicado nem por alelismo múltiplo, nem por genes letais e nem por dominância incompleta ou
codominância, tendo em vista que cruzamentos deste tipo sempre produzirão na F2 um padrão de
segregação variante do tradicional (3:1), tais como (1:2:1), (2:1) ou (1:1:1:1). Portanto, a única forma
de termos um padrão de 9:3:3:1 é se o formato da crista nessas aves for controlado por dois locos,
cada um com dois alelos, e que segregam independentemente.
De um modo geral, a interação gênica pode acontecer de duas maneiras principais:
Interação gênica do tipo não epistática: quando dois ou mais locos interagem entre si para formar
o fenótipo dos indivíduos, sem que nenhum um alelo de um loco impeça a expressão dos alelos
dos outros locos, conforme exemplificado na herança da cor do trigo e da crista das galinhas,
vistos acima.
 Interação gênica do tipo epistática: quando dois ou mais locos interagem entre si para formar o
fenótipo dos indivíduos, mas um ou mais alelos destes locos impedem a expressão dos alelos
do outro loco, como veremos mais à frente.
Esse tipo de interação gênica também é chamada simplesmente de epistasia: neste caso, o
gene que inibe a expressão é chamado de epistático e o que é inibido recebe a
designação de hipostático.
Trabalhando com um caráter cuja herança envolve interação gênica do tipo não
epistática
A cor do fruto do pimentão (Capsicum annuum) pode ser vermelha, marrom, amarela ou verde.
Plantas homozigotas para a cor vermelha foram cruzadas com plantas homozigotas para a cor verde,
produzindo uma F1 de frutos vermelhos. As plantas F1 cruzadas entre si produziram a seguinte F2:
 360 plantas produtoras de pimentões vermelhos.
 115 plantas produtoras de pimentões marrons.
 128 plantas produtoras de pimentões amarelos.
 47 plantas produtoras de pimentões verdes.
Explicando a herança genética desta característica:
A primeira coisa a se fazer quando se deseja explicar a herança de um caráter é representar esse
cruzamento:
Plantas vermelhas (homozigotas) x plantas verdes (homozigotas)
↓
F1 100% vermelha (heterozigotas) x F1 100% vermelha (heterozigotas)
↓
360 plantas produtoras de pimentões vermelhos
 115 plantas produtoras de pimentões marrons
 128 plantas produtoras de pimentões amarelos
 47 plantas produtoras de pimentões verdes
Poderíamos suspeitar de um único loco controlando a cor dos frutos, sendo o alelo para a cor
vermelha dominante sobre a verde. O problema é que um único loco não consegue explicar a
proporção fenotípica encontrada na F2, uma vez que nela, além de pimentões vermelhos e verdes,
apareceram os amarelos e marrons. Ou então poderíamos continuar sugerindo um único loco com
interação do tipo dominância incompleta, mas aí não explicaríamos a F1 híbrida e vermelha igual a um
dos progenitores. E, neste caso, aínda sobraria uma cor (ou a marrom ou a amarela) sem explicação
plausível para o seu aparecimento. Também poderíamos pensar em polialelismo, ou seja, 3 ou mais
alelos para esse loco. O problema é que, de acordo com o enunciado do exercício, as duas
linhagens que começam esse acasalamento são homozigotas, portanto, não seria possível haver
mais de dois alelos segregando na sua prole.
Assim, como o padrão de herança desse caráter não pode ser explicada por um único loco,
podemos suspeitar da interação entre dois locos independentes. Neste caso, começamos aplicando
o padrão clássico de herança encontrado na segunda lei de Mendel, ou seja, dois locos, cada um
com dois alelos, sendo um dominante e o outro recessivo. A diferença é que agora vamos considerar
a herança de uma única característica (a cor dos pimentões) e não de duas (com a cor e o formato da
sementes das ervilhas). Por exemplo, analisando a F1, parece que a cor vermelha é dominante sobre
a verde. Isso é reforçado na F2, onde a maioria dos frutos foram vermelhos. Aliás, voltando as
proporções na F2, podemos dividir as cores em 3 grupos, em termos de proporções encontradas:
Grupo de maior proporção: 360 plantas produtoras de pimentões vermelhos;
Grupo intermediário: 115 plantas produtoras de pimentões marrons;
Grupo intermediário: 128 plantas produtoras de pimentões amarelos;
Grupo de menor proporção: 47 plantas produtoras de pimentões verdes.
Isso se assemelha ao padrão de (9:3:3:1) da segunda lei de Mendel, já estudado anteriormente.
Assim, podemos tentar descobrir se as proporções na F2 se enquadrariam nestas proporções,
conforme é exemplificado no quadro a seguir:
Fenótipo
Frequência
observada
Modelo de
segregação
independenteFrequência
esperada
Vermelho 360 9/16 650 x 9/16 = 365,625
 Marrom 115 3/16 650 x 3/16 = 121,875
 Amarelo 128 3/16 650 x 3/16 = 121,875
 Verde 47 1/16 650 x 1/16 = 40,625
Total 650 16 650
Vemos que os resultados entre os valores esperados e os observados são muito parecidos. Mas as
diferenças entre eles, embora pequenas, seriam ou não estatisticamente significativas?
Provando a nossa hipótese de herança do tipo interação gênica a partir de um teste de X²:
Comparando os resultados obtidos, com aqueles previstos no modelo que propomos, temos o
seguinte valor de X²:
Fenótipo
Frequência 
observada
Frequência 
esperada
X²
Vermelho 360 365,625 0,087
Marrom 115 121,875 0,388
Amarelo 128 121,875 0,308
Verde 47 40,625 1,000
Total 650 650 1,783
Consultando a tabela unilateral de X²:
Comparando o X² do experimento (1,783) com o X² de tabela, com alfa de 5% e 4 - 1 graus de
liberdade (7,82), podemos aceitar o nosso modelo de herança envolvendo interação gênica entre
dois locos, cada um com dois alelos - um de efeito dominante e o outro recessivo - e sem interação
epistática.
Mas então, como seria definidos os diferentes genótipos desses pimentões?
Na F1, todas os pimentões foram vermelhos e, na F2, eles foram maioria. Então podemos considerar
que, para produzir pimentões vermelhos, é necessário que a planta herde dois alelos dominantes, um
do loco 1 e o outro do loco 2 (Y_R_). Como os pimentões de cor verde foram minoria na geração F2,
isso seria compatível com o genótipo duplo recessivo (yyrr). Por sua vez, para as cores amarela e
marrom, podemos considerar que as plantas produzirão esse tipo de pimentões quando apenas um
dos dois locos tiver um alelo dominante. Por exemplo, as plantas de genótipo Y_rr produzirão
pimentões amarelos e as de genótipo yyR_ desenvolverão pimentões marrons.
Reunindo todas as informações, teríamos:
Plantas vermelhas (YYRR) x plantas verdes (yyrr)
↓
F1
100% vermelha (YyRr) 
↓
F2
9 vermelhos (Y_R_)
3 marrons (Y_rr)
3 amarelos (yyR_)
1 verde (yyrr)
Lembrando que essa interpretação é sustentada pelo teste estatístico que aplicamos na geração F2.
Como explicaríamos bioquimicamente o mecanismo de herança da cor dos pimentões?
Estudos indicam que o loco Y, que controla a degradação da clorofila nos frutos do pimentão pode
interferir na sua coloração, que é controlada pelo loco R. Plantas Y_R_ degradarão a clorofila e, ao
mesmo tempo, produzirão caroteno de cor vermelha. Plantas yyR_ não degradarão a clorofila que,
junto com o caroteno de cor vermelha, resultarão em frutos de cor marrom. Plantas Y_rr degradarão
a clorofila e produzirão caroteno de cor amarela acumulado em seus frutos. Plantas yyrr não
degradarão a clorofila e produzirão caroteno de cor amarela; este último então ficará mascarado pela
cor verde da clorofila. O seguinte esquema procura explicar como a cor do pimentão seria controlada
bioquimicamente:
Algumas informações mais recentes sobre a coloração dos pimentões (Ha et al. 2007):
Os pimentões podem exibir diferentes cores, que vão do verde, passando pelo creme, amarelo e
marrom, até chegar no vermelho escuro. Estas diferentes cores são determinadas pela forma de
ação de diferentes enzimas envolvidas na biossíntese de vários tipos de carotenos. Por exemplo, os
níveis de expressão das enzimas fitoeno sintetase (Psy), fitoeno desaturase (Pds) e capsantina-
capsorubina sintase (Ccs) são mais elevados em pimentões com altos níveis de carotenoides totais,
enquanto que um ou dois desses genes não são expressos em pimentões com baixos níveis desses
pigmentos. Assim, os pimentões vermelhos acumulam maiores níveis de carotenóides totais durante
a maturação, enquanto os não vermelhos acumulam níveis mais baixos de carotenóides totais e de
composições diversas, o que permite formar pimentões com diferentes colorações.
Trabalhando com um caráter cuja herança envolve interação gênica do tipo
epistática
Duas linhagens puras de plantas, de coloração branca, produziram uma F1 100% vermelha. Na F2, foi
observadas uma proporção de 9 plantas vermelhas para 7 brancas. Como esse resultado seria
explicado? Começamos a nossa tentativa de explicação resumindo as principais informações sobre
esses cruzamentos:
Progenitores: linhagem pura de flores brancas x linhagem pura de flores brancas
F1: 100% plantas de flores vermelhas
F2: 9 (plantas vermelhas) : (7 plantas brancas)
Ao observarmos os resultados da F2, percebemos que 9 + 7 = 16. Ou seja, este parece ser um
padrão variante da proporção conhecida de 9 + 3 + 3 + 1 = 16 da segunda Lei de Mendel. Então,
devem ser dois locos envolvidos na produção das cores vermelhas e brancas dessas flores (lembre-
se que se fosse um único loco controlando esse caráter, teríamos alguma variação no padrão de 3:1
e não de 9:3:3:1). Analisando um pouco mais esse cruzamento, vemos que nenhum dos progenitores
produz pigmento colorido, mas este aparece na F1. Ou seja, é como se os progenitores fossem
incapazes de produzir pigmento vermelho e a F1 restaurasse essa habilidade. Então, até agora temos
um caráter governado por dois locos, progenitores brancos, uma F1 100% vermelha e uma F2 com
9/16 indivíduos vermelhos para 7/16 brancos.
E é justamente a F2 que nos ajuda a resolver essa charada: Em um padrão de herança convencional,
para dois locos com dois alelos (por exemplo, X/x e Z/z) os 9/16 indivíduos vermelhos da F2 deverão
ter um genótipo do tipo (X_Z_). Assim os 7/16 indivíduos deverão ser 3/16 (X_zz), 3/16 (xxZ_) e
1/16 (xxzz). Portanto, para que uma planta produza flores vermelhas, é preciso que ela possua ao
menos uma cópia do alelo dominante X e uma cópia do alelo dominante Z. Logo, como os
progenitores produzem flores brancas e a F1, flores vermelhas, cada progenitor deve ter somente um
dos dois alelos dominantes destes locos. Desse modo, podemos agora representar os genótipos de
todas as gerações desse nosso exemplo:
Progenitores: branca (XXzz) x branca (xxZZ)
F1: vermelha (XxZz)
F2: 9 vermelha (X_Z_): 7 branca (3 X_zz + 3 xxZ_ + 1 xxzz)
Como esse tipo de interação gênica é conhecida?
Neste exemplo temos um caso conhecido como interação gênica com epistasia recessiva dupla. O
gene alelo dominante Z define a manifestação da cor vermelha e o seu alelo z não leva a produção
de nenhum pigmento colorido. Porém, o substrato usado pelo alelo dominante do loco Z precisa ser
produzido pelo alelo dominante do loco X para que ocorra a manifestação da cor vermelha.
Justamente por não levar a produção desse substrato é que o alelo x é chamado de epistático sobre
o alelo Z.
E como explicar a cor branca das flores xxZ_, xxzz e X_zz?
Neste caso, deve existir um terceiro loco que define a produção do pigmento branco em todos os
indivíduos. Assim, somente nos indivíduos X_Z_, que produzem pigmento vermelho, os pigmentos
brancos ficarão mascarados nas pétalas.
Exercício 3 - um exemplo de interação gênica com epistasia recessiva simples
Em cebola, a cor do bulbo é resultado da ação dos genes C/c e B/b. O alelo C permite a
manifestação de cor e c determina bulbo sem coloração (branco). O alelo B determina bulbo
vermelho e o b, bulbo amarelo. Qual será a proporção genotípica e fenotípica obtida para os
descendentes de cruzamentos entre indivíduos de bulbos vermelhos, heterozigotos para esses dois
genes?
Primeiro definimos o acasalamento e os resultados genotípicos esperados, já que eles se
assemelham aos resultados de um experimento envolvendo a segunda lei de Mendel:
Progenitores:
CcBb x CcBb
↓
Descendentes esperados na F2:
9/16 C_B_
3/16 C_bb
3/16 ccB_
1/16 ccbb
Sabendo que o alelo C permite a manifestação da cor e que o alelo B do outro loco leva a produção
de bulbo vermelho e o seu alelo b, bulbo amarelo, podemos estabelecer os fenótipos desses
descendentes:
Descendentes esperados na F2:
9/16C_B_ (bulbos vermelhos)
3/16 C_bb (bulbos amarelos)
3/16 ccB_ (bulbos brancos)
1/16 ccbb (bulbos brancos)
Ou seja, teremos uma proporção fenotípica de 9 vermelhas : 3 amarelas : 4 brancas.
Um exemplo de interação gênica com epistasia dominante simples
Em certos animais de laboratório, o gene A determina a cor da pelagem dos animais, sendo que o
alelo A condiciona a cor preta e o a a cor marrom. Um outro gene, que segrega independentemente,
o alelo E determina a cor branca da pelagem, sendo epistático sobre o gene A/a. Um animal preto,
filho de pais brancos, é retrocruzado com sua mãe, tendo 20 descendentes com essas três
colorações. Quantos desses animais deverão ser brancos?
Reunindo os dados:
Loco A: Loco E:
Alelo A = preta
Alelo a = marrom
Alelo E = epistático sobre A/a (mantém a cor branca)
Alelo e = permite a manifestação de cor
Cruzamento:
 pai branco x mãe branca
↓
 filho preto x mãe branca
↓
filhotes pretos, marrons e brancos
A pergunta se limita apenas a desvendar quantos dos 20 descendentes produzidos deverão ser
brancos: 
Como o filhote é preto, ele deve ser ee (pois esse genótipo permite a manifestação da cor preta
ou marrom definida pelo loco A/a);
Sua mãe é branca, mas produziu um filho preto, então ela deve ser Ee;
Logo, do cruzamento ee x Ee se espera que 50% dos filhotes permaneçam brancos (Ee) e 50%
manifestem cor (ee).
Assim, dos 20 filhotes produzidos, esperamos que dez deles sejam brancos!
 
Sabendo um pouco mais sobre o genótipo desses animais:
Para o filho ser preto ele deve ser A_ee e, para produzir irmãos marrons certamente ele deverá
ser heterozigoto para o loco A, então, ele deve ser Aaee;
Sua mãe é branca, portanto ela deve ser E_ e, como ao ser cruzada com o seu filho, produziu
filhotes coloridos, ela deve ser Ee;
Ela também deve carregar ao menos uma cópia do alelo a, pois também produziu filhotes
marrons e, portanto, ela deve ser AaEe ou aaEe;
O pai dele deve ser Ee, pois é branco e, ao ser cruzado com uma fêmea também branca (Ee),
produziu um filho colorido, logo, ele pode ser AAEe, AaEe ou aaEe.