Ligação, recombinação e mapeamento gênico

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LIGAÇÃO, RECOMBINAÇÃO 
E MAPEAMENTO GÊNICO
Curso de Biomedicina
Genética Básica
Profa. Renata Canalle
Análise de Ligação (Linkage)
“ cada indivíduo diplóide possui dois alelos (duas cópias de 
um gene) que se segregam na meiose, com um alelo indo 
para cada gameta ”
 Princípio da Segregação de Mendel
a separação independente de alelos produz recombinação, ou 
seja, a distribuição de alelos em novas combinações
Análise de Ligação (Linkage)
“ Genes em diferentes loci são transmitidos 
independentemente de uma geração para outra ”
 Princípio da Distribuição Independente de Mendel
Válido para maioria dos pares de loci, mas não 
para os que estão ligados
A1
A2
B1
B2
A e B são ligados
C1
C2
herdados juntos
Locus C está em outro cromossomo
Herança independente de A e B
Exceções ao Princípio Mendeliano da 
Distribuição Independente
 Morgan e seus estudantes (Alfred Sturtevant) – 1910/1911 → 
observaram que alguns pares de genes não se segregaram 
aleatoriamente de acordo com o princípio de Mendel da 
distribuição independente: tendiam a ser herdados juntos
Sugeriu que possivelmente os genes estavam situados no 
mesmo cromossomo, e assim viajariam juntos durante a meiose
 Genes proximamente ligados (raramente embaralhados por 
recombinação) → ficam juntos no mesmo cromossomo → são 
chamados de genes ligados
 Genes poucos ligados (frequentemente embaralhados pela 
recombinação) → ficam distantes
 A variação na força de ligação indica como os genes estão 
posicionados ao longo de um cromossomo, dando um modo de 
mapear os genes
Mapa de Sturtevant inclui cinco genes no cromossomo X de Drosophila
Exceções ao Princípio Mendeliano da 
Distribuição Independente
Análise de ligação
 Único método que permite o mapeamento de genes que são 
detectáveis apenas como fenótipo
 Doenças onde não foi determinada a base bioquímica ou molecular
 Permite o diagnóstico de doenças genéticas ou portadores
 Determina a posição espacial relativa entre genes
 Determina a distância entre os genes de um mesmo cromossomo 
(sintênicos) baseado na taxa de recombinação entre eles 
Análise de ligação
 Recombinação
Formação de novas combinações de alelos por crossing over na 
meiose (troca de partes entre cromossomos homólogos na meiose); 
que diferem das combinações nos gametas de seus genitores
 Alelos recombinantes vs Alelos não-recombinantes
Depende do Crossing over → ocorrência de C.O. depende da distância 
entre os genes.
 Genes ligados → genes que tendem a ser transmitidos juntos de uma 
geração para outra.
 Cada evento de recombinação = 4 produtos
50% recombinantes e 50% não-recombinantes
 Quanto mais distantes, > a recombinação entre 2 loci
Recombinação
Análise de ligação
 Genes que se segregam independentemente e os que não o fazem
Separa genes ligados
Nestes casos a quantidade de gametas e portanto a frequência da 
descendência apresentarão diferenças em relação ao diibridismo já 
que a incidência do crossing-over será fundamental
Diibridismo (AaBb)
A a B b
Gametas
A B A b a B a b
25% 25% 25% 25%
Comparação Diibridismo/Ligação
Comparação Diibridismo/Ligação
Comparação Diibridismo/Ligação
Ligação (AaBb)
A
B
a
b
Gametas
A
B
a
b
A
b
a
B
Parentais Recombinantes
Comparação Diibridismo/Ligação
Comparação Diibridismo/Ligação
recombinação
• William Bateson, Edith Rebecca 
Saunders e Reginaldo Punnett 
(1905)
Relataram um dos primeiros casos 
de características genéticas que não 
se segregavam independentemente
Ervilha de cheiro
Não aparece na proporção 9:3:3:1
Excesso de plantas parentais (flores 
púrpuras e pólen longo ou flores 
vermelhas e pólen redondo)
F2: Observado Esperado(9:3:3:1)
P_L_ 284 215
P_ll 21 71
ppL_ 21 71
ppll 55 24
Total: 381 381
Excesso de gametas PL e pl
A distribuição não ocorre de forma 
independente: os dois loci ficam bem 
próximos no mesmo cromossomo
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Notação para cruzamentos com Ligação
Conhecer os genótipos dos indivíduos cruzados e a disposição 
dos genes nos cromossomos
AABB X aabb
A B
A B
a b
a b
X
A B
a b
A B
a b
A B
b a
A a
B b
F1
AB/ab
AB//ab
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Ligação completa comparada com Segregação Independente
1. Genes que exibem ligação completa (no mesmo cromossomo, 
sem crossing over);
2. Genes que se segregam independentemente;
3. Genes ligados mas que apresentam algum crossing over.
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Ligação completa comparada com Segregação Independente
1. Genes que exibem ligação completa (no mesmo cromossomo, sem 
crossing over): um cruzamento teste revela os efeitos da ligação
M D
M D
m d
m d
X
M D
m d
F1
P
X
m d
m d
Cruzamento teste
Plantas de tomate, dois loci:
• Tipo de folha, folhas 
salpicadas (m) e folhas 
normais (M)
• Altura da planta, anã (d) e 
alta (D)
1. Genes completamente ligados (sem 
crossing over)
2. Genes de distribuição independente
Cruzamento teste revela os efeitos da ligação: resultados de um cruzamento teste para dois loci em 
tomates que determinam o tipo de folha e a altura da planta
1:1:1:1
 3. Crossing over com genes ligados
Ligação e recombinação entre dois Genes
A ligação raramente é completa – existem alguns crossing overs entre genes 
ligados (ligação incompleta), produzindo novas combinações de características
Ligação e recombinação entre dois Genes
 3. Crossing over com genes ligados
•O resultado é o mesmo que o produzido pela distribuição independente
•Assim, quando ocorre crossing over entre dois loci em cada meiose → 
impossível determinar se os genes estão ligados e ocorreu crossing over
ou se os genes estão em cromossomos diferentes
•Para genes proximamente ligados → o crossing over não ocorre em 
todas as meioses
•Sem crossing over → produção apenas de gametas não-recombinantes
Ligação e recombinação entre dois Genes
 3. Crossing over com genes ligados
A freqüência de gametas recombinantes é metade da 
freqüência de crossing over
A freqüência máxima de gametas recombinantes é de 50%
•Um único crossing over
metade dos gametas é recombinante
metade dos gametas é não-recombinante
Ligação e recombinação entre dois Genes
Quando genes ligados sofrem crossing over, 
o resultado é principalmente uma prole não-
recombinante e menos prole recombinante
Proporção fenotípica 1:1:1:1
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Na herança dos genes ligados, a freqüência dos gametas de um
heterozigoto depende da taxa de crossing over ou taxa de
recombinação que ocorre entre os cromossomos homólogos.
 Os Gametas Parentais são formados mesmo que não haja
recombinação e aparecem em maior quantidade.
 Os Gametas Recombinantes são formados apenas se houver
permuta e aparecem em menor quantidade.
 A Taxa de Crossing é expressa em porcentagem e corresponde à
freqüência de gametas recombinantes formados na gametogênese.
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Cálculo da Frequência de RecombinaçãoA porcentagem de prole recombinante produzida em um cruzamento 
é chamada de frequência de recombinação e expressa em 
porcentagem
Frequência de 
recombinação =
número de prole recombinante
número total da prole
X 100%
8 + 7
55 + 53 + 8 + 7
X 100% = 
15
123
X 100% = 12%
Frequência de recombinação = 50%  genes não estão ligados
Ligação entre tipos sangüíneos ABO e a síndrome unha-rótula foi estabelecida examinando 
famílias nas quais ambas as características se segregavam
Mapeamento Gênico em Humanos
Síndrome unha-rota: distúrbio autossômico dominante caracterizado por unhas 
anormais e ausência ou rudimentos de rótulas.
13 crianças de 
reproduções, sendo 2 
recombinantes
2/13 = 0,154 → 15,4 cM 
ou u.m.
Ligação e recombinação entre dois Genes
Loci distantes
(como se estivessem 
em cromossomos 
separados)
Loci muito próximos; 
sem crossing
(transmitidos juntos 
o tempo todo)
Dois loci suficientemente 
distantes que vai haver pelo 
menos uma recombinação 
entre eles em algumas 
meioses, mas não em outras 
Frequência de 
recombinação 
entre 0% e 50%
 Mapeamento Gênico com frequências de recombinação
Ligação e recombinação entre dois Genes
• Morgan e seus estudantes desenvolveram a idéia de que as distâncias 
físicas entre os genes em um cromossomo estão relacionados às 
taxas de recombinação
• Genes bem distantes → mais chance de sofrer crossing over do que 
os genes que ficam bem próximos
• Os mapas cromossômicos calculados usando as freqüências de 
recombinação são chamados de mapas genéticos
• Os mapas cromossômicos baseados nas distâncias físicas ao longo do 
cromossomo (números de pb) são chamados de mapas físicos
Mapeamento Gênico com frequências de 
recombinação
Freqüência de recombinação – medida relativa 
da distância entre dois loci em um cromossomo.
As distâncias são medidas em unidades de 
mapa (u.m.) → 1 u.m. = 1% de recombinação
As unidades de mapa também são chamadas 
de centimorgans (cM):
1cM = 1% de recombinação
(1cM = 1Mb = 1.000 Kb)
Quanto menor a freqüência de 
recombinação entre dois Loci maior a 
probabilidade de estarem ligados
Mapeamento Gênico com frequências de 
recombinação
Exemplo: em um cromossomo há a seguinte freqüência de 
recombinação entre os genes A,B,C e D:
A-B → 45% A-C → 20% C-B → 25%
B-D → 5% C-D → 20% A-D → 40%
Qual a posição dos genes no cromossomo?
Freqüência de recombinação = 50%  genes em dois loci não estão ligados, 
se distribuem independentemente → situados em grupos de ligação diferentes
Mapeamento Gênico com frequências de 
recombinação
A C D B
45cM
40cM
20cM 20cM 5cM
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Acoplamento e Repulsão
• Nos cruzamentos de genes ligados, a disposição de alelos nos cromossomos
homólogos é crítica para a determinação do resultado.
• Na ligação gênica a posição dos genes no heterozigoto (AaBb) pode ser Cis
ou Trans.
• Estas posições também podem ser utilizadas para se definir quem são os
gametas parentais e os recombinantes.
A B
a b
Posição CIS
(Acoplamento)
A b
a B
Posição TRANS
(Repulsão)
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Acoplamento e Repulsão
A B
a b
Posição CIS
(Acoplamento)
A b
a B
Posição TRANS
(Repulsão)
Os alelos do tipo selvagem são 
encontrados em um cromossomo 
homólogo e os alelos mutantes 
encontrados no outro 
cromossomo homólogo
Cada cromossomo contém 
um alelo tipo selvagem e um 
alelo mutante
A disposição de genes ligados em um cromossomo (acoplamento ou repulsão) afeta 
os resultados de um cruzamento teste. Loci ligados na mosca-varejeira Lucilia cuprina.
Alelos em configuração de acoplamento Alelos em repulsão
A disposição de genes ligados em um cromossomo (acoplamento ou repulsão) afeta 
os resultados de um cruzamento teste. 
•Acoplamento ou em fase: gene causador da doença e marcador no mesmo cromossomo 
homólogo
•Determinação da fase de ligação (o cromossomo no qual cada alelo está situado) é 
uma parte importante deste procedimento
 Prevendo os resultados de Cruzamentos com genes Ligados
Ligação e recombinação entre dois Genes
• Em pepinos, o fruto liso (t) é recessivo em relação ao fruto verrugoso (T)
• Fruto brilhante (d) é recessivo em relação ao fruto fosco (D)
• Geneticistas determinaram que esses dois genes exibem freqüência de 
recombinação de 16%
Suponha o cruzamento teste: 
T D
t d
X
t d
t d
Que tipos e proporções da prole resultarão desse cruzamento?
A frequência de recombinação permite uma previsão das proporções da 
prole esperadas para um cruzamento envolvendo genes ligados
 Prevendo os resultados de Cruzamentos com genes Ligados
•2 gametas recombinantes: 16%/2 = 8% cada
•Gametas não-recombinantes: 100% - 16% = 84%
•2 gametas não-recombinantes: 84%/2 = 42%
Teste das proporções para distribuição 
independente
 Em cruzamentos em que a diferença entre distribuição independente 
e ligação não é óbvia
 Por exemplo, suponha o cruzamento teste abaixo para dois pares de 
genes:
Número 
observado
Teste das proporções para distribuição 
independente
• Se os genes estão se distribuindo
independentemente, usa-se a
regra da multiplicação para obter
as probabilidades e números da
prole que herda combinações
diferentes de fenótipos
Teste das proporções para distribuição 
independente
Esses genes devem estar ligados
2 = 34,12
Graus de liberdade = 3
P < 0,001