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Centro Universitário Augusto Motta Centro de Ciências da Saúde Danielle Nascimento Rocha Rio de Janeiro, 2007 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha ii Centro Universitário Augusto Motta Centro de Ciências da Saúde Material de apoio para a disciplina de Biologia, elaborado pela professora Danielle Nascimento Rocha Rio de Janeiro, 2007 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha iii APRESENTAÇÃO A Ciência é como uma construção humana; a aprendizagem de ciências é como uma construção de cada aprendiz. Do texto Sobre o ensino do método científico , de Marco Antônio Moreira e Fernando Ostermann Não poderia ser cidadania competente aquela desinformada, analfabeta, destituída de instrumentações técnicas para enfrentar a vida em sociedade. Do livro PESQUISA Princípio Científico e Educativo , de Pedro Demo Aprender sempre inclui aprender a construir o próprio conhecimento. E construindo o conhecimento, se constrói a personalidade, o ser social, e a cidadania individual. Construir o conhecimento pode não ser uma tarefa fácil...E mais ainda quando não este processo não faz parte da vida cotidiana. Para auxiliar nesta tarefa, hoje existem várias fontes, como os livros, sites da Internet, vídeos, animações, dentre outras. Este material destina-se aos estudantes da disciplina de Biologia, e contém um breve resumo dos conceitos discutidos em sala de aula; que seja mais uma fonte para o processo de construção do conhecimento de todos vocês. Danielle Rocha ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha iv SUMÁRIO SUMÁRIO............................................................................................................................................................... IV CONCEITOS BÁSICOS EM GENÉTICA............................................................................................................1 HEREDITARIEDADE .................................................................................................................................................2 GENÉTICA................................................................................................................................................................2 GENE .......................................................................................................................................................................2 ALELO .....................................................................................................................................................................2 LOCUS .....................................................................................................................................................................2 GENOMA..................................................................................................................................................................2 GENÓTIPO X FENÓTIPO ......................................................................................................3 CROMOSSOMO.........................................................................................................................................................3 CARIÓTIPO...............................................................................................................................................................4 GENÉTICA MENDELIANA ..................................................................................................................................6 1ª LEI DE MENDEL...................................................................................................................................................8 2ª LEI DE MENDEL...................................................................................................................................................9 PROBABILIDADE....................................................................................................................................................11 Eventos independentes ....................................................................................................................................12 Eventos mutuamente exclusivos ......................................................................................................................13 EXERCÍCIOS...........................................................................................................................................................14 PADRÕES DE HERANÇA NÃO MENDELIANOS..........................................................................................16 GENES LIGADOS AO SEXO .....................................................................................................................................17 Ligação ao X....................................................................................................................................................18 Ligação ao Y....................................................................................................................................................20 Ligação ao X e Y..............................................................................................................................................20 EXERCÍCIOS...........................................................................................................................................................22 EXTENSÕES DA ANÁLISE MENDELIANA....................................................................................................24 DOMINÂNCIA INCOMPLETA ..................................................................................................................................24 ALELISMO MÚLTIPLO ...........................................................................................................................................25 CODOMINÂNCIA ....................................................................................................................................................27 ALELOS LETAIS.....................................................................................................................................................27 EPISTASIA..............................................................................................................................................................29 PLEIOTROPIA .........................................................................................................................................................31 PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE .......................................................................................................................32 EXERCÍCIOS...........................................................................................................................................................33 RECOMBINAÇÃO E LIGAÇÃO ........................................................................................................................36 EXERCÍCIOS...........................................................................................................................................................40 GENÉTICA DAS POPULAÇÕES........................................................................................................................41 CÁLCULO DE FREQÜÊNCIA ALÉLICA ....................................................................................................................42 EQUILÍBRIO DE HARDY-WEINBERG ......................................................................................................................44 EXERCÍCIOS...........................................................................................................................................................47REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................................48 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 1 CONCEITOS BÁSICOS EM GENÉTICA Constantemente, em nosso cotidiano, notícias e polêmicas sobre genética são trazidas à nossa atenção, através, por exemplo, da legislação sobre transgênese e clonagem, ou através de novos problemas associados a componentes genéticos. Desde o sequenciamento do genoma, e antes disso, com a clonagem da ovelha Dolly e a modernização dos testes de paternidade, a área de Genética tem alcançado grande projeção na mídia e impacto na sociedade, sendo pro isso importante aprender uma pouco mais sobre esta ciência. Embora a ciência GENÉTICA seja jovem, em comparação com outras como a Astronomia, os conceitos de Genética fazem parte do cotidiano da humanidade há milhares de anos. Um exemplo é o conceito de herança (semelhança da prole com os pais): desde sempre os pais esperam que seus filhos se pareçam consigo. Os princípios da ciência Genética foram delineados pelo trabalho de Mendel, e esta área continuou e continua a se expandir até hoje. Um questionamento bastante moderno nesta área associa-se à Ética: dos métodos e conhecimentos adquiridos, quais podem ser legitimamente usados? Neste tópico serão definidos alguns conceitos importantes para todo o curso de genética. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 2 Hereditariedade Transmissão da informação genética através das gerações Genética Estudo dos genes e da hereditariedade. Pode-se estudar genética molecular, de transmissão e de populações. Gene Parte de uma molécula de DNA que é expressa na forma de RNA ou Proteínas. Alelo Variação de um gene. O gene que determina o tipo sanguíneo ABO, por exemplo, tem três alelos: IA, IB e i. Locus Região de um cromossomo em que se localiza um gene. Genoma Conteúdo de material, de informação genética de uma espécie. Pode ser inteiramente composto dos genes (como nas bactérias), ou pode conter regiões não gênicas, como nos eucariotos. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 3 Genótipo X Fenótipo Informação genética Herdado Pode ser igual Não muda; só através de mutações Produto da interação do componente genético com outros fatores. Não herdado Não existem fenótipos iguais Pode ser modificado Cromossomo Cada cromossomo consiste de uma única molécula de DNA, enrolada sobre as histonas (proteínas que se ligam ao DNA) e sobre si mesma várias vezes (Figura 1) . Níveis de condensação DNA nu Sem histonas Eucromatina DNA ligado às histonas Cromatina enovelada - Solenóides Visível ao Microscópio eletrônico Alças Formadas pelos solenóides cromossomo interfásico Cromossomos (metafásicos) Observados na fase de Metáfase. Os cromossomos dos organismos diplóides são formados por duas cromátides irmãs, com o mesmo conteúdo de DNA. Apresentam telômeros (extremidades) e ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 4 centrômeros (constrição primária; divide o cromossomo em 2 partes ou braços p e q). Figura 1. Níveis de condensação do cromossomo eucariótico. Fonte: Alberts, 2002. Cariótipo Conjunto de cromossomos de um indivíduo. Prepara-se uma lâmina de cromossomos, tira-se um foto , recorta-se e cola-se os cromossomos ordenados em um papel (Figura 2). Permite verificar a presença de anomalia. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 5 Figura 2. Cariótipo humano. Fonte: http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/figuras/46xx.jpg. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 6 GENÉTICA MENDELIANA Gregor Mendel era monge, e vivia em um monastério em Brunn. Durante dez anos, fez experimentos com plantas de jardim e abelhas, tendo obtido maior sucesso com as suas famosas ervilhas. Depois passou mais dois anos analisando os dados obtidos até publicá-los em 1865. Figura 3. Gregor Mendel. Fonte: Griffiths, 2002. Porque Mendel usou ervilhas em seu estudo? Eram facilmente cultivadas, e Mendel tinha fácil acesso a variadas sementes de ervilha. Mendel utilizou três metodologias distintas: ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 7 Autopolinização por vezes, Mendel não impedia este processo que é natural nas ervilhas: o pólen da própria planta fecunda seus estigmas. Obtenção de linhagens puras Mendel permitia a autopolinização das plantas com determinada característica para se certificar que, cada planta gerava em sua prole apenas a característica de escolha. Cruzamento (figura 4) - para realizar cruzamento entre duas plantas, Mendel cortava as anteras das flores de ambas as plantas; depois fecundava uma com o pólen da outra. Figura 4. Metodologia de cruzamentos de Mendel. Griffiths, 2002. Ele usou estas metodologias para analisar sete características diferentes: cor e forma das ervilhas, cor e forma das vagens, cor das flores, altura das plantas, e a presença de flores axiais ou terminais. Vamos analisar os resultados obtidos por Mendel para um de seus experimentos, e vejamos que conclusões podemos tirar. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 8 Plantas com informação para púrpura e branca; vê-se púrpura; PÚRPURA É DOMINANTE, BRANCA É RECESSIVA 1ª Lei de Mendel Análise da Característica COR DA FLOR As flores podem ser púrpuras ou brancas. Cruzamento 1: Púrpura X Branca F1: 100% púrpura F2: 705 púrpura 224 brancas Se denominarmos Púrpura de P e Branca de p, podemos usar símbolos e melhorar a compreensão do problema: Cruzamento 1: Púrpura X Branca PP X pp F1: 100% púrpura Pp F2: 705 púrpura 224 brancas Autopolinização As plantas de F1 tinham as informações púrpura e branca; quando autopolinizadas, produziram plantas de flores púrpura e plantas de flores brancas. Heterozigotos Homozigotos PF 3:1 Prole PP, Pp e pp PG 1: 2: 1 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 9 A partir destes dados, Mendel concluiu que os parentais doavam para cada indivíduo da prole apenas uma informação; uma forma mais atual de enunciar a sua conclusão está descrita abaixo. Analisando simultaneamente duas características, Mendel chegou a novas conclusões... 2ª Lei de Mendel Análise das Características COR E FORMA DAS ERVILHAS As ervilhas podem ser verdes ou amarelas; lisas ou rugosas Cruzamento 1: Amarelas Lisas X Verdes rugosas F1: 100% Amarelas lisas F2: 315 amarelas lisas 108 verdes lisas 101 Amarelas rugosas 32 verdes rugosas 1ª Lei de Mendel Os alelos de um par segregam-se nos gametas. Autopolinização Amarelo é dominante sobre verde; Lisa é dominante sobre rugosa Amarelas 416 3 Verdes 140 1 Lisas 423 3 Rugosas 133 1 As proporções são mantidas! ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 10 A partir daí Mendel concluiu que as características eram herdadas de modo diferente, independente. Atualizando... Podemos escrever os genótipos e usar o quadro de Punnet para prever os genótipos da prole F2. F0: AALL x aall F1: AaLl F2:? F1: AaLl x AaLl AaLl AaLl AL AlaL al AL AALL AALl AaLL AaLl Al AALl AAll AaLl Aall aL AaLL AaLl aaLL aaLl al AaLl Aall aaLl aall 2ª Lei de Mendel Dois pares de genes segregam-se de maneira independente. A autopolinização pode ser representada como um cruzamento entre indivíduos de genótipos iguais. Genótipos Gametas Gametas ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 11 Proporção Genotípica: 4 AaLl duplo heterozigotos 2 AALl Homozigotos para um gene e heterozigotos para o outro 2 AaLL Homozigotos para um gene e heterozigotos para o outro 2 Aall Homozigotos para um gene e heterozigotos para o outro 2 aaLl Homozigotos para um gene e heterozigotos para o outro 1 AALL Duplo homozigotos 1 AAll Duplo homozigotos 1 aaLL Duplo homozigotos 1 aall Duplo homozigotos Probabilidade A probabilidade refere-se à freqüência dos eventos, à chance de um determinado evento acontecer. Probabilidade = freqüência de um evento Total de eventos Probabilidade de tirar seis no dado Número de eventos: 1 Total de eventos : 6 Probabilidade: 1/6 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 12 Probabilidade de tirar coroa Número de eventos: 1 Total de eventos : 2 Probabilidade: 1/2 Probabilidade de sortear um ás Número de eventos: 4 Total de eventos : 52 Probabilidade: 4/52 = 1/13 Quando se deseja calcular a probabilidade de mais de um evento deve-se avaliar se os mesmos são independentes ou mutuamente exclusivos. Eventos independentes Calcula-se a probabilidade de dois eventos independentes ocorrerem ao mesmo tempo. Utiliza-se a regra do produto: P(A e B) = PA x PB Ex: tirar 6 em dois dados num mesmo lance Tirar seis no dado 1 : 1/6 Tirar seis no dado 2 : 1/6 Tirar seis nos dois dados: 1 x 1 = 1_ 6 6 36 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 13 Eventos mutuamente exclusivos Se um evento ocorrer, o outro não poderá ocorrer. Usa-se a regra da soma: P(A ou B) = PA + PB Ex: tirar 4 ou 6 em um mesmo dado num mesmo lance Tirar quatro no dado: 1/6 Tirar seis no dado: 1/6 Tirar seis nos dois dados: 1 + 1 = 2_ = 1 6 6 6 3 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 14 Exercícios 1. As características mostradas nos heredogramas ao lado são devidas a alelos dominantes ou recessivos? 2. O heredograma abaixo mostra a herança de uma característica recessiva. Qual a chance de o casal I I I -3 e III-4 ter um filho afetado? 3. O gado Holstein Normalmente é preto e branco. Um touro preto e branco, Charlie, foi comprado por um fazendeiro por US$ 100 000. Toda a prole gerada por Charlie era de aspecto normal. Entretanto, alguns pares de sua prole, quando intercruzados, produziram uma prole vermelha e branca com uma freqüência de cerca de 25%. Charlie foi logo retirado da lista de reprodutores Holstein. Use símbolos para explicar exatamente por quê. 4. Suponha que um marido e uma mulher sejam ambos heterozigotos para um alelo recessivo de albinismo. Se eles tiverem gêmeos dizigóticos (dois zigotos), qual a probabilidade de que ambos os gêmeos tenham o mesmo fenótipo para pigmentação? 5. Um alelo recessivo raro, herdado de modo mendeliano, causa à doença fibrose cística. Um homem fenotipicamente normal, cujo pai tinha fibrose cística, casou com uma mulher fenotipicamente normal de fora da família, e o casal pensa em ter um filho. a. Desenhe um heredograma de acordo com o descrito b. Se a freqüência na população de heterozigotos para fibrose cística é de 1 em 50, qual a chance de que o primeiro filho do casal tenha fibrose cística? c. Se o primeiro filho tiver fibrose cística, qual a probabilidade de que o segundo filho seja normal? 6. Em tomates, o fruto vermelho é dominante em relação ao fruto amarelo, o fruto bilocular é dominante em relação ao fruto multilocular, e planta alta é dominante em relação à anã. Um agricultor tem duas linhagens puras: vermelho, bilocular, anã, e amarela, multilocular, alta. Destas duas linhagens, ele deseja produzir uma nova linhagem pura que seja amarela, bilocular e alta. Como exatamente ele deve proceder para fazer isso? 7. Nos humanos, o nanismo acondroplásico e a neurofibromatose são condições extremamente raras, ambas associadas a alelos dominantes. Uma mulher heterozigota com acondroplasia se casa com um homem heterozigoto com neurofibromatose. Com exceção das condições ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 15 mencionadas anteriormente, ambos são fenotipicamente normais. Que fenótipos serão produzidos na F1 e em que proporções? 8. Em pombos, um alelo dominante C causa um padrão Xadrez nas penas. Seu alelo recessivo c produz um padrão liso. A cor das penas é controlada por um gene de distribuição independente. O alelo dominante B produz penas vermelhas e o alelo recessivo b produz penas marrons. Aves de uma variedade pura, com penas xadrez, de cor vermelha, são cruzadas com aves de uma variedade pura com penas lisas, de cor marrom. a. Preveja os fenótipos da prole F1. b. Se os indivíduos desta prole forem intercruzados, que fenótipos irão aparecer na F2 e em que proporções? 9. Em humanos, cataratas nos olhos e fragilidade dos ossos são causados por alelos dominantes que se distribuem independentemente. Um homem com cataratas e ossos normais se casa com uma mulher com cataratas, mas com ossos frágeis. O pai do Homem tem olhos normais, e o pai da mulher tem olhos normais. Qual a probabilidade do primeiro filho deste casal (a) estar livre de ambas as anomalias; (b) ter cataratas, mas não ossos frágeis; (c) ter ossos frágeis, mas não cataratas; (d) ter tanto cataratas quanto ossos frágeis? ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 16 PADRÕES DE HERANÇA NÃO MENDELIANOS A metodologia utilizada nos experimentos de Mendel permitiu a ele a formulação de uma hipótese que constituiu a primeira explicação concreta para os mecanismos envolvendo a hereditariedade. A redescoberta do trabalho de Mendel (1900) está associada à própria origem da ciência Genética e incentivou o início de vários experimentos de análise genética de inúmeras características, com diversos tipos de organismos. Os experimentos realizados a partir de 1909 por Morgan e seus alunos, utilizando a mosca das frutas Drosophila melanogaster, permitiram o desenvolvimento da Teoria Cromossômica da Herança; segundo esta teoria, as unidades responsáveis pela transmissão das características hereditárias (genes) estariam localizadas nos cromossomos. A primeira evidência para esta teoria foi a observação de que a mutação white (olhos brancos) das moscas de Drosophila melanogaster eram herdadas junto com o cromossomo X. É comum dividirmos os cromossomos em dois grupos: cromossomos sexuais, associados à determinação do sexo, e cromossomos autossômicos, que incluem todos os demais cromossomos. As idéias de Mendel se ajustam perfeitamente à explicação da transmissão de características controladas por um único gene (monogênicas) localizado em qualquer cromossomo autossômico. Entretanto, a herança dos genes localizados nos cromossomos sexuais, assim como a de características determinadas por mais de um gene, ou a de características ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 17 influenciadas por fatores não-genéticos não pode ser explicada apenas pelas Leis de Mendel. A partir deste capítulo serão abordados conceitos e teorias para explicar a herança destas características. Genes ligados ao sexo Conforme dito anteriormente,os cromossomos podem ser divididos em cromossomos sexuais e cromossomos autossômicos. Na espécie humana, são observados dois tipos de cromossomos sexuais, X e Y (Figura 5); as fêmeas carregam dois cromossomos X e os machos apresentam um cromossomo X e outro Y, sendo a presença de Y determinante para a masculinização. Em resultado disso, os gametas produzidos pelas fêmeas contém, como cromossomo sexual, apenas o X, e por isso a fêmea é denominada de sexo homogamético; os gametas produzidos pelos machos podem conter X ou Y, e por isso o macho é denominado de sexo heterogamético. Figura 5. Cromossomos X e Y. Fonte: http://www.egoproject.nl/star/seks%20chromosome.jpg ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 18 A determinação do sexo não é igual para todas as espécies; a espécie humana e outros mamíferos seguem os padrões delineados no parágrafo anterior; em Drosophila melanogaster , por exemplo, o determinante do sexo é o número de cópias do cromossomo X: se o indivíduo apresenta apenas uma cópia, será macho, e se apresentar duas cópias será fêmea. Em, borboletas, mariposas, e alguns peixes e aves, a fêmea é o sexo heterogamético (sendo representada por ZW) e o macho é o sexo homogamético (ZZ). Os cromossomos sexuais, além de conter os genes associados às características sexuais, podem conter outros genes. Todos os genes contidos nos cromossomos sexuais são herdados em um padrão conhecido como ligação ao sexo ou herança sexual. Aqui serão abordados três tipos de herança sexual: ligação ao X, ligação ao Y e ligação ao X e Y. Ligação ao X O cromossomo X possui duas regiões: uma região homóloga, presente também no cromossomo Y , cuja função é permitir o pareamento dos dois cromossomos durante a meiose; e uma região não homóloga, cujo conteúdo gênico é exclusivo do cromossomo X. São denominados ligados ao X os genes localizados na região não-homóloga do cromossomo X. Os genes que apresentam ligação ao X podem ser recessivos ou dominantes; a partir desta característica, são definidos dois padrões de herança distintos: herança recessiva ligada ao X e herança dominante ligada ao X. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 19 O Daltonismo, que prejudica a visão das cores, a Hemofilia, que representa um distúrbio de coagulação, a Distrofia Muscular de Duchenne, que consiste num quadro de atrofia muscular, e a Adrenoleucodistrofia, um tipo de atrofia causada pelo acúmulo de lipídios, são todos exemplos de condições recessivas ligadas ao X. Estas condições se manifestam mais freqüentemente em indivíduos do sexo masculino, embora teoricamente não seja impossível se apresentarem em indivíduos do sexo feminino. As mulheres mais freqüentemente são portadoras, isto é, carregam uma cópia da informação genética, mas são saudáveis. O heredograma da figura 6 mostra uma família hipotética afetada por uma condição recessiva ligada ao X. Figura 6. Heredograma de uma condição recessiva ligada ao X. As portadoras são indicadas pelo símbolo . Griffiths, 2002. Até hoje foram identificadas poucas condições dominantes ligadas ao X; podemos citar como exemplo a Hipofosfatemia, uma forma de raquitismo resistente à vitamina D, e a Síndrome de Rett, uma doença neurológica caracterizada pela regressão do desenvolvimento. Estas condições se manifestam tanto em homens quanto em mulheres; na prole de um homem afetado, todas as filhas apresentam a condição, e os filhos são saudáveis (figura 7- A); na prole de uma mulher afetada, 50% dos meninos e 50% das meninas apresenta a condição (figura 7- B). ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 20 Figura 7. Heredogramas de uma condição dominante ligada ao X. Griffiths, 2002, Ligação ao Y Este padrão de herança caracteriza os genes localizados na região diferencial de Y; muitas vezes estes genes são também denominados genes holândricos. A transmissão de uma condição ou doença ligada ao Y dá-se apenas entre os homens da família; um indivíduo portador transmitirá a todos os seus filhos do sexo masculino. São exemplos de condições ligadas ao Y a Ictiose Grave, em que os pêlos corporais se apresentam longos e rígidos, e a Hipertricose Auricular, que consiste na presença de pelo no pavilhão auditivo. Ligação ao X e Y Este padrão de herança caracteriza os genes localizados na região homóloga de X e Y; as condições herdadas desta maneira se manifestam tanto em homens quanto em mulheres, assemelhando-se à herança autossômica. A Retinite Pigmentar, que consiste em uma degeneração da retina, e o Xenoderma pigmentoso, A B ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 21 caracterizado pela irritação e alta sensibilidade da pele ao ultravioleta, são exemplos de doenças que apresentam este padrão de herança. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 22 Exercícios 1. Uma mulher normal casa-se com um homem também normal. Geram 8 filhos: 3 meninos afetados, 2 meninos normais, 3 meninas normais. Em um segundo casamento une-se a outro homem normal, gerando 6 filhos: 2 meninos afetados, 1 menino normal, 3 meninas normais. Qual é a melhor herança explicar a transmissão deste caráter? a) Ligada ao Y b) Autossômica dominante c) Dominante ligada ao sexo d) Recessiva ligada ao sexo 2. Uma mulher tem uma doença rara (hipotética) denominada Quackerlips. Ela se casa com um homem normal, e todos os seus filhos, mas nenhuma de suas filhas, tem Quackerlips. Qual o modo de herança de Quackerlips? a) Ligada ao Y b) Autossômica dominante c) Dominante ligada ao sexo d) Recessiva ligada ao sexo 3. Algumas genealogias familiares indicam que a hipertricose (presença de pêlos na orelha) é determinada por um gene holândrico. Considerando que isto é verdadeiro, indique os fenótipos dos seguintes descendentes de um indivíduo com esta característica: A. seus filhos (homens): B. os filhos (homens) de seus filhos: C. os filhos (homens) de suas filhas: 4. Uma condição conhecida como ictiose hystric gravior apareceu em um cidadão inglês de nome Edward Lambert, nascido em 1717. Sua pele ficou muito espessa e formava espinhas soltas que descamavam a intervalos, e os pêlos de seu corpo eram semelhantes aos dos ouriços. Quando cresceu, este "homem porco-espinho" casou-se e teve seis filhos, todos com a sua condição, e várias filhas, todas normais. Por quatro gerações, esta condição foi passada de pai para filho. Desta evidência, o que você pode postular sobre a localização dos genes? 5. Na espécie humana, a hemofilia A é determinada por gene recessivo ligado ao sexo. Uma mulher normal, filha de pai hemofílico, casa-se com homem normal. Responda: (a) A mãe da mulher é normal ou hemofílica? Justifique. (b) Quais as proporções genotípica e fenotípica esperadas na descendência? (c) Se o casal pretende ter 3 filhos, qual a probabilidade de ocorrer uma mulher e dois homens, todos normais? (d) Qual a probabilidade de ocorrer duas mulheres e um homem, todos normais? 6. A hipofosfatemia é causada por um gene dominante ligado ao sexo, nos seres humanos. Um homem com hipofosfatemia se casa com uma mulher normal. Qual a proporção de filhos homens com hipofosfatemia? a) 0 b) 1/4 c) 1/8 d) 1/2 7. Um homem normal casa-se com uma mulher também normal, cujo pai era hemofílico (gene recessivo ligado ao sexo). Qual a probabilidade deste casal ter uma criança hemofílica? ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 23 a) 1/4 b) 1/2 c) 0 d) ¾ 8. Analise os seguintes resultados de cruzamentos com Drosophila melanogaster e responda: Cruzamento 1:fêmea de olhos ovais x macho tipo selvagem F1: 1/2 machos de olhos ovais 1/2 fêmeas tipo selvagem F2: 1/4 fêmeas de olhos ovais 1/4 fêmeas tipo selvagem 1/4 machos de olhos ovais 1/4 machos tipo selvagem Cruzamento 2: fêmea de olhos marrom x macho de olhos vermelhos F1: 1/8 fêmeas de olhos marrom 3/8 fêmeas de olhos vermelhos 1/8 machos de olhos marrom 3/8 machos de olhos vermelhos (a) O caráter olho oval é determinado por gene autossomal ou por gene ligado ao sexo? Justifique apresentando os genótipos de machos e fêmeas nas três gerações, inclusive os cromossomos sexuais (descreva o significado de cada símbolo usado, indicando qual gene é dominante e qual é recessivo). b) O caráter olho marrom é determinado por gene autossomal ou por gene ligado ao sexo? Justifique apresentando os genótipos de machos e fêmeas nas três gerações, inclusive os cromossomos sexuais (descreva o significado de cada símbolo usado, indicando qual gene é dominante e qual é recessivo). (c) É possível que o gene do cruzamento 1 seja parcialmente ligado ao sexo? Justifique apresentando as proporções genotípicas e fenotípicas nas gerações F1 e F2. (d) Considerando o cruzamento 2, se na geração F1 do cruzamento recíproco foram observados 47 fêmeas com olhos marrons e 49 machos com olhos vermelhos, qual sua conclusão sobre a localização do gene mutante? Justifique sua resposta. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 24 EXTENSÕES DA ANÁLISE MENDELIANA Dominância Incompleta A figura 8 mostra os três fenótipos para cor da flor maravilha. Figura 8. Flores maravilha. Griffiths, 2002. Quando é realizado o cruzamento A x B, obtém-se, na F1, plantas com fenótipo C para cor da flor. Ou seja, o cruzamento entre plantas de flor branca e plantas de flor rosa intenso produz plantas com flores de cor rosa claro. As plantas A B C ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 25 de F1, quando intercruzadas, produzem uma prole em que aparecem os três genótipos para cor da flor, numa proporção aproximada de 1 branca: 2 rosa claro: 1 rosa intenso. De acordo com os dados obtidos a partir da prole F2, pode-se concluir que as plantas com flores rosa claro são heterozigotas; e estas não apresentam o fenótipo de nenhum dos homozigotos, mas sim um fenótipo intermediário. Esta característica está associada ao padrão de herança denominado Dominância Incompleta. Alelismo Múltiplo O exemplo clássico deste padrão é observado para a característica tipo sanguíneo ABO. Para o locus responsável pela determinação desta característica são conhecidos 3 alelos: IA, IB e i; são os alelos que o indivíduo possui que determinam seu tipo sanguíneo, conforme se pode ver no quadro abaixo (quadro 1). Tipo sanguíneo(Fenótipo) Alelo(s) Genótipos possíveis A IA IA IA; IA i B IB IB IB; IB i AB IA e IB IA IB O i ii Quadro 1. Determinação do tipo sanguíneo ABO. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 26 Alelismo múltiplo se refere, então, à existência de um número superior a dois alelos para a determinação de uma característica. Os diferentes alelos existentes para a determinação de uma mesma característica formam um conjunto denominado série alélica. Para entender como são determinados os diferentes genótipos/ fenótipos para a característica em questão, é preciso conhecer as relações de dominância entre os alelos da série. No caso da série alélica que determina o tipo sanguíneo ABO, as relações de dominância podem ser expressas por I A = IB > i Nesta representação, o símbolo de maior (> ) indica que os alelos IA e IB são dominantes sobre o alelo i; o símbolo de igual caracteriza a ausência de dominância entre IA e IB. É por causa destas relações que indivíduos de genótipo IA i apresentam tipo A, e indivíduos IA IB apresentam tipo sanguíneo AB. Outro exemplo de uma série alélica bem caracterizada é o da série que determina a cor da pelagem de coelhos. As informações sobre esta série estão representadas no quadro 2. Cor da pelagem(fenótipo) Alelo Genótipos possíveis Normal (pelagem escura) C CC; C Cch; C Ch ; Cc Chinchila (pelagem cinza) Cch Cch Cch ; Cch Ch ; Cchc Himalaia (pelagem em tom bege, apresentando as extremidades das patas marrons) Ch Ch Ch ; Ch c Albino (pelagem branca) c cc Quadro 2. Série alélica que determina a cor da pelagem em coelhos. A relação de dominância entre os alelos desta série pode ser expressa por C > Cch > Ch > c . ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 27 Codominância A codominância é a ausência de dominância entre dois alelos; quando um indivíduo apresenta alelos em relação de codominância, este indivíduo mostra os fenótipos de ambos os alelos. Na série alélica que determina o tipo sanguíneo ABO, os alelos IA e IB apresentam relação de codominância, e por isso, indivíduos IA IB mostram os dois fenótipos, apresentando tipo sanguíneo AB. Alelos Letais O fenótipo yellow para a pelagem de camundongos é bastante raro; indivíduos que apresentam este fenótipo têm pelos de cor clara, conforme pode ser visto na figura 9. Figura 9. Fenótipo yellow para a pelagem de camundongos. Griffiths, 2002. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 28 O fenótipo yellow pode surgir a partir de um cruzamento entre camundongos pretos e yellow; pode também surgir a partir do cruzamento entre dois indivíduos yellow. Estes cruzamentos hipotéticos estão representados abaixo. Cruzamento 1 Preto x Yellow F1: 1/2 pretos 1/2 yellow Cruzamento 2 Yellow x Yellow F1: 1/3 pretos 2/3 yellow Os resultados do cruzamento 2 permitem deduzir o genótipo associado ao fenótipo yellow: já que, a partir do cruzamento de dois indivíduos yellow obtém-se uma prole com indivíduos com pelos pretos, os indivíduos yellow provavelmente são heterozigotos, sendo o fenótipo yellow a característica dominante. Representando o alelo dominante como Y, e o recessivo como y, os cruzamentos poderiam ser reescritos conforme descrito abaixo: Cruzamento 1 Preto x Yellow F1: 1/2 pretos 1/2 yellow Cruzamento 2 Yellow x Yellow F1: 1/3 pretos 2/3 yellow É interessante observar que, na prole F1 do cruzamento 2, as proporções observadas não estão de acordo com o esperado segundo os conceitos da genética yy Yy yy Yy Yy Yy Yy yy ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 29 mendeliana. Do cruzamento entre dois heterozigotos, seria esperada uma proporção fenotípica de 3 yellow :1 preto, e uma proporção genotípica de 1 yy :2 Yy: 1 YY. Observa-se, no entanto, uma proporção fenotípica de 2:1, e aparentemente, um dos componentes da proporção genotípica desapareceu; como já foram observados em cruzamentos ou gerações anteriores indivíduos pretos (yy) e yellow (Yy), pode-se concluir que esta diferença refere-se ao não surgimento de indivíduos do genótipo YY; neste grupo foi observada letalidade. São denominados genes ou alelos letais aqueles que, quando herdados, causam a morte de uma determinada população ou grupo populacional, em qualquer período da vida: período embrionário, período fetal, na infância, juventude ou idade adulta. No caso do alelo Y, como são necessárias duas cópias do mesmo para causar a letalidade, costuma-se dizer que este alelo é letal em homozigoze. Epistasia Os cães da raça Labrador apresentam três fenótipos distintos para cor da pelagem, ilustrados na figura 10. Figura 10. Fenótipos para cor da pelagem em cães da raça labrador. (a) pelagem preta; (b) pelagem marrom; (c)pelagem amarela. Griffiths, 2002. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 30 Em alguns dos cruzamentos entre cães pretos e marrons, podem nascer labradores com pelagem amarela. Como estes dados poderiam ser explicados? Existem dois loci envolvidos na determinação da cor da pelagem dos labradores: o locus B, que possui os alelos B e b, responsáveis pela determinação das cores preto e marrom, respectivamente; e o locus E, cujos alelos E e e possibilitam ou não a expressão da cor, respectivamente. Assim, os animais pretos e marrons, além dos alelos que determinam a cor da pelagem, devem possuir o alelo E; animais que possuam o alelo e, não importando os alelos que possuem no locus B, serão amarelos. A propriedade do alelo e, de não permitir a expressão de um outro alelo associado à mesma característica, é denominada epistasia. Analisemos um cruzamento, ilustrado abaixo, entre um animal preto e um animal marrom que gerou prole preta, amarela e marrom, aplicando as idéias apresentadas acima. Preto X Marrom F1: Pretos Amarelos Marrons Neste caso verifica-se uma distorção da proporção esperada(9:3:3:1), que passa a ser de 9:4:3. BbEe bbEe BbE- Bbee ; bbee bbE- ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 31 Pleiotropia A figura 11 ilustra uma família com dois membros (indicados por setas) afetados pela fenilcetonúria. Figura 11. Família família com dois membros ( indicados por setas) afetados pela fenilcetonúria. Snustad, 2001. A fenilcetonúria ou PKU é um tipo de doença metabólica, ou erro inato do metabolismo, em que a alteração no gene de uma enzima produz a inabilidade, no indivíduo, de degradar/metabolizar o aminoácido fenilalanina presente em fontes diversas de proteína e outros alimentos. Esta condição pode levar ao retardo mental, no caso de consumo continuado de altas doses deste aminoácido; para prevenir este quadro, foi implantado no Brasil o diagnóstico da PKU através do teste do pezinho, há quase 30 anos atrás. Como é possível observar na foto, os indivíduos fenilcetonúricos são os únicos de sua família a apresentar cabelos claros; isso se deve ao fato de o alelo mutante que causa a PKU determinar também o clareamento dos cabelos e olhos. Quando um gene ou alelo influencia duas características, diz-se que o mesmo é pleiotrópico, ou que ocorreu pleiotropia. Um outro exemplo de gene pleiotrópico é o gene Y, que em camundongos pode determinar a cor amarela da pelagem ou causar letalidade. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 32 Penetrância E Expressividade Diz-se que ocorre falta de penetrância quando um indivíduo possui o genótipo para uma dada característica mas não apresenta o fenótipo associado; diz-se que ocorre expressividade variável quando para uma dada característica são observados fenótipos com diferentes graus de gravidade. O esquema da figura 12 representa populações com penetrância e expressividade variável. Figura 12. Penetrância e expressividade variáveis. Griffiths, 2002. No primeiro conjunto de ovais , todos os indivíduos apresentam o mesmo genótipo, mas alguns apresentam a característica (cor roxa) e outros não, ficando caracterizada a falta de penetrância. No segundo conjunto, cada indivíduo apresenta o fenótipo de maneira diferente, formando uma graduação de fenótipos mais brandos (lilás claro) até severos (cor roxa). O terceiro conjunto representa como poderia ser um grupo que, tendo o mesmo fenótipo, apresentasse penetrância e expressividade variáveis. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 33 Exercícios 1. A Surdez congênita nos humanos é herdada como uma condição recessiva. No heredograma abaixo, duas pessoas surdas, cada uma supostamente homozigota para uma mutação recessiva, se casaram e tiveram quatro filhos com audição normal. Proponha uma explicação. Indivíduos afetados cinza escuro Indivíduos normais cinza claro 2. O heredograma abaixo mostra a herança da ataxia, um raro distúrbio neurológico caracterizado por movimentos descoordenados. A ataxia é causada por um alelo dominante ou recessivo? Explique. Indivíduos afetados cinza escuro Indivíduos normais cinza claro 3. Em geral, as galinhas Erminette têm penas de cor clara, e algumas pretas, produzindo um aspecto mesclado. Um cruzamento de um par com fenótipo Erminette produziu uma prole de 48 indivíduos, consistindo em 22 indivíduos Erminette, 14 apresentando somente penas pretas e 12 apresentando somente penas brancas. Qual a explicação genética para o fenótipo Erminette? Como testar esta hipótese? 4. Em um berçário de maternidade, quatro crianças foram acidentalmente trocadas. O tipo ABO de cada uma das crianças é 1 - O, 2 - A, 3 - B e 4 - AB. Foi realizada também a tipagem dos genitores; com base nestas informações, determine que criança pertence a cada um dos pares de genitores, listados abaixo. (a) AB x O (b) A x O (c) A x AB (d) O x O 5. Em uma fazenda de criação de raposas em Wisconsin (EUA), surgiu uma mutação que produzia um fenótipo de cor platina para a pelagem dos animais. Este padrão tornou-se popular entre os compradores de peles de raposa, mas os criadores não conseguiram desenvolver uma linhagem pura platina. Cada fez que dois indivíduos apresentando a mutação eram cruzados, surgiam algumas raposas normais na prole. Por exemplo: cruzamentos repetidos de um mesmo par platina produziram 82 animais com fenótipo platina e 38 com fenótipo normal. Forneça uma hipótese concisa para explicar estes resultados. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 34 6. Considere dois polimorfismos de grupo sanguíneo que os humanos têm, além do sistema ABO. Dois alelos LM e LN determinam os grupos sanguíneos M, N e MN. O alelo dominante R de um outro gene faz com que um indivíduo tenha o fenótipo Rh+, enquanto o homozigoto rr é Rh-. Dois homens levaram uma disputa de paternidade a julgamento, sobre a paternidade de três crianças. Abaixo estão representados os grupos sanguíneos dos homens, da mulher e das crianças. A partir destas evidências pode ser estabelecida a paternidade das crianças? Explique. Pessoa Grupo sanguíneo ABO MN Rh Marido O M Rh+ Amante da mulher AB MN Rh- Mulher A N Rh+ Criança 1 O MN Rh+ Criança 2 A N Rh+ Criança 3 A MN Rh- 7. Por um período de vários anos, Hans Nachtsheim investigou uma anomalia hereditária das células brancas em coelhos. Esta condição, chamada anomalia de Pelger, consiste na parada da segmentação dos núcleos de algumas células brancas, e não apresenta maiores conseqüências em coelhos. Analise os cruzamentos representados abaixo e responda às questões propostas. Cruzamento 1 Animal Pelger x Animal normal (puro) F1: 217 Pelger 237 normais Cruzamento 2 Animal Pelger x Animal Pelger F1: 439 Pelger 223 normais 39 extremamente anormais, apresentando deformidades do sistema esquelético;quase todos morreram logo após o nascimento. a) Qual a explicação genética para a anomalia de Pelger? b) Qual a explicação genética mais provável para o surgimento dos animais extremamente defeituosos? Por que estes estavam presentes em pequeno número? c) Em Berlim, a anomalia de Pelger é observada em humanos em uma proporção de 1 a cada 1000 indivíduos. A herança desta condição é autossômica dominante, mas não são observados indivíduos homozigotos. Explique por que, fazendo analogia com os mecanismos observados em coelhos. d) O que se pode esperar observar na prole de um casamento entre um homem e uma mulher, ambos afetados por esta condição? 8. As galinhas frizzle apresentampenas onduladas, encurvadas para cima, e são muito admiradas pelos criadores. Infelizmente elas não são puras. Quando dois indivíduos frizzle são entrecruzados, a prole sempre consiste de 50% de indivíduos frizzle, 25% normais e 25% de indivíduos com penas lanosas que caem, deixando a ave sem pelos. a) Forneça uma explicação genética para estes resultados, mostrando os genótipos correspondentes a cada fenótipo. b) Se você deseja produzir galinhas frizzle para vender, que tipos seriam melhores para serem usados como genitores? 9. As linhagens selvagens do fungo HAPLÓIDE Neurospora podem fazer seu próprio triptofano. Um alelo anormal td torna o fungo incapaz de produzir seu próprio triptofano; um fungo com genótipo td só cresce quando este aminoácido é fornecido no meio de cultura. Um outro alelo su, independente de td, suprime o fenótipo td. Portanto, as linhagens portadoras de su e td não precisam de triptofano para crescer. a) Se uma linhagem td; su for cruzada com uma linhagem fenotipicamente selvagem, que genótipos são esperados na prole e em que proporções? ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 35 b) Qual proporção da prole deste cruzamento é dependente de triptofano? Qual proporção é independente? 10. O alelo B confere aos camundongos uma pelagem preta, e o alelo b confere pelagem marrom. O genótipo ee, de outro gene independente, impede a expressão de B e b, tornando a cor da pelagem bege, enquanto o genótipo E/_ permite a expressão de B e b. Ambos os genes são autossômicos. No heredograma abaixo, os símbolos pretos indicam pelagem preta, os símbolos cinza indicam pelagem marrom e os símbolos brancos indicam pelagem bege. a) Qual o nome dado ao tipo de interação gênica observada neste exemplo? b) Quais são os possíveis genótipos dos indivíduos no heredograma? 11. O heredograma abaixo é de um fenótipo dominante controlado por um gene autossômico. O que este heredograma sugere sobre o fenótipo, e o que você pode deduzir sobre o genótipo do indivíduo A? 12. O heredograma seguinte é para as condições esclerótica azul (camada externa fina do olho azulada) e ossos quebradiços. Baseado neste heredograma, responda às questões propostas: a) As duas anomalias são causadas pelo mesmo gene ou por genes diferentes? b) O gene (s) é autossômico ou ligado ao sexo? c) A penetrância e/ou expressividade das características foi completa? ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 36 RECOMBINAÇÃO E LIGAÇÃO Estes processos foram observados pela primeira vez por Bateson e Punnett. Estes pesquisadores estudavam a herança em ervilhas, usando os caracteres cor das flores (P, púrpura e p, vermelha) e forma dos grãos de pólen (L, longo e l, redondo). Na figura estão representados os cruzamentos e seus resultados. PPLL x ppll F1: 100% de indivíduos com flores púrpura e grãos de pólen longos (PpLl) F2: Figura 13. Experimentos de Bateson e Punnet. A imagem ilustra um dos experimentos; os dados apresentados no texto ao lado da figura são de outro experimento. Fontes: Snustad, 2001; Griffiths 2002. Para explicar estes dados, Bateson e Punnett propuseram que os genes estariam fisicamente ligados, ou acoplados; este acoplamento estaria ocorrendo entre os alelos dominantes P e L e também ente os alelos recessivos p e l, Observado Esperado (9:3:3:1) Púrpura longa 4831 3911 Púrpura redonda 390 1303 Vermelha longa 393 1303 Vermelha redonda 1338 435 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 37 observados em maior quantidade na prole. Por isso, seria mais difícil observar as variações Pl e pL, presentes em menos quantidade na prole. Esta hipótese está ilustrada na figura . Figura 14. Hipótese do acoplamento. Snustad, 2001. A explicação definitiva para estes processos foi proporcionada pelo trabalho de Morgan, que estudava as características cor de olho (vermelho, pr+, e púrpura, pr) e tamanho da asa (normal, vg+ e vestigial, vg). Os experimentos estão representados abaixo. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 38 pr+ pr+ vg+ vg+ x pr pr vg vg F1: 100% olhos vermelhos e asa normal (pr+ pr vg+ vg) Cruzamento teste: pr+ pr vg+ vg x pr pr vg vg Observado Esperado (1/4 para cada classe fenotípica) Vermelho normal 1339 710 Vermelho vestigial 151 710 Púrpura normal 154 710 Púrpura vestigial 1195 710 Baseado nestes dados, Morgan propôs que os alelos pr+ e vg+ , assim como os alelos pr e vg, estariam localizados no mesmo cromossomo; esta situação é chamada de ligação. Quando os genes estão no mesmo cromossomo, são denominados genes ligados; quando estão em cromossomos diferentes, são chamados independentes. As demais combinações de alelos são geradas pelo crossing over, troca de material genético entre os cromossomos homólogos, que ocorre durante a prófase I da Meiose. Estas combinações são chamadas produtos de crossing ou recombinantes. É possível calcular a Freqüência de Recombinação, conforme mostrado abaixo: ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 39 Total de indivíduos nascidos do cruzamento 2839 Total de indivíduos recombinantes 151+154=305 FR = Total de indivíduos recombinantes = 305 = 10,7 % Total de indivíduos nascidos do cruzamento 2839 Pode-se usar este número para calcular a distância entre os genes; basta expressar o valor da freqüência em unidades de mapa, ou centimorgans, conforme mostrado abaixo: 1 u.m. = 1 cM = freqüência de 1% ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 40 Exercícios 1. O cruzamento EE/FF x ee/ ff foi feito, e a F1 foi retrocruzada com o genitor recessivo. Os genótipos da prole, escritos como contribuições gaméticas do genitor heterozigoto, estão nas seguintes proporções: EF 2/6 Ef 1/6 eF 1/6 ef 2/6 Explique estes resultados. 2. Uma fêmea com o genótipo Aa/Bb é cruzada com um macho duplo recessivo(aa/bb). Sua prole inclui 442 Aa/Bb, 458 aa/bb, 46 Aa/bb, 54 aa/Bb. Explique estes resultados. 3. A mãe de uma família com 10 filhos tem sangue tipo Rh+. Ela também tem uma condição rara (eliptocitose, fenótipo E) que faz com que as hemácias sejam ovais em vez de redondas, mas não causa efeitos clínicos adversos. O pai é Rh- (não tem o antígeno Rh) e tem hemácias normais (fenótipo e). As crianças são 1 Rh+ e, 4 Rh+ E, 5 Rh- e. Há informações sobre os genitores da mãe, que são Rh+ E, Rh- e. Um dos 10 filhos (que é Rh+ E) casa-se com uma pessoa que é Rh+ e, e tem um filho Rh+ E. a. Desenhe um heredograma com toda a família, b. O heredograma está de acordo com a hipótese de que o alelo Rh+ é dominante e Rh- é recessivo? c. Qual o mecanismo de transmissão da eliptocitose? d. Poderiam os genes que controlam os fenótipos E e Rh estar no mesmo cromossomo? Caso sim, avalie a distância de mapa entre eles e comente seu resultado. 4. Os genes humanos para daltonismo e hemofilia estão ambos no cromossomo X, e apresentam uma freqüência de recombinação de 10 por cento. Qual a distância, em centimorgans entre estes loci? 5. Uma planta com o genótipo Aa/Bb é submetida a um cruzamento teste com aa/bb. Se os dois loci distarem 10 u.m., que proporção da prole será Aa/Bb? 6. Se AA/BB for cruzado com aa/bb e a F1 for submetida a um cruzamento teste, que porcentagem da prole deste teste será aa/bb se os dois genes: (a) não forem ligados (b) forem muito ligados (nenhum crossing) (c) distarem 10 u.m. (d) distarem 24 u.m. 7. Uma mosca das frutas com o genótipo Bb/Rr é submetida a um cruzamento teste com bb/rr. Em 84 por cento das meioses, não há quiasmas entre os genes ligados;em 16 por cento das meioses, há um quiasma entre os genes. Que proporção da prole será Bb/rr? ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 41 GENÉTICA DAS POPULAÇÕES A aplicação da matemática para a análise de dados obtidos na área de genética de transmissão, realizada independentemente pelo matemático inglês Godfrey Hardy e pelo físico alemão Wilhelm Weinberg, proporcionou a formulação do Princípio de Hardy-Weinberg, em 1908. O uso deste princípio tornou possível a avaliação genética de grupos populacionais, e assim surgiu uma nova área de pesquisas em genética: a genética de populações. Através dos estudos de genética das populações, pode-se determinar a freqüência de um alelo ou de um genótipo em uma população; estes dados estão diretamente correlacionados com a freqüência das doenças e características genéticas nesta população. Por exemplo: Sabe-se que a Fibrose Cística é uma condição autossômica recessiva; logo, os indivíduos que apresentam são homozigotos recessivos. Se na população há uma freqüência de 1/3100 de indivíduos com fibrose cística, pode-se dizer que naquela população a freqüência de homozigotos recessivos é de 1/3100. Outros exemplos incluem a galactosemia, cuja freqüência é de 1/25000 indivíduos, e a anemia falciforme, com freqüência de 1/60 indivíduos. A avaliação do conteúdo genético de grupos populacionais em várias gerações também permite avaliar mudanças no perfil genético destes grupos, ressaltando a influência de fatores como a migração, as mutações, a seleção natural, e a reprodução não-aleatória na composição genética das populações. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 42 Cálculo de Freqüência Alélica A forma mais simples de calcular a freqüência de um evento associa o número de ocorrências deste evento a um número total de eventos , conforme a fórmula abaixo: Para demonstrar como é feito o cálculo das freqüências alélicas, consideremos a situação abaixo, baseada nos dados apresentados por Vargas e colaboradores (2006). O CCR5 é um receptor encontrado em macrófagos e em linfócitos T; sua função está associada à migração destas células durante o processo inflamatório. Já foi verificado também que esta molécula funciona como co-receptor para o vírus HIV-1. Foi identificada uma mutação do gene que codifica o receptor CCR5, e que confere um certo grau de resistência à infecção por HIV-1, denominada 32. Na população, os indivíduos podem ser homozigotos CCR5/CCR5, heterozigotos CCR5/ 32 ou homozigotos 32/ 32; num grupo de 2668 indivíduos europeus, foram encontrados os dados abaixo: Freqüências dos genótipos para o lócus CKR5, que codifica o receptor CCR5, na população européia Classe genotípica Número de indivíduos Homozigotos CCR5/CCR5 741 Heterozigotos CCR5/ 32 1313 Homozigotos 32/ 32 614 Total: 2668 indivíduos Freqüência = número de eventos observados Número total de eventos ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 43 Freqüência do alelo 32 = 2 x número de homozigotos 32/ 32 + Número de heterozigotos CCR5/ 32 2 x Total de indivíduos da população O número de homozigotos deve ser multiplicado por 2 porque cada homozigoto possui dois alelos. O número de heterozigotos é considerado sem alteração porque cada heterozigoto possui 1 alelo. O total de indivíduos na população deve ser multiplicado por dois porque cada indivíduo possui dois alelos. Freqüência do alelo 32 = 2 x número de homozigotos CCR5/CCR5 + Número de heterozigotos CCR5/ 32 2 x Total de indivíduos da população Baseado nos dados apresentados acima, pode-se calcular a freqüência do alelo mutante 32; para tanto, deve-se considerar que tantos os indivíduos homozigotos 32/ 32 como os indivíduos heterozigotos CCR5/ 32 apresentam este alelo, contribuindo portanto para a freqüência. Assim sendo, a freqüência do alelo 32 seria igual a F( 32) = (2 x 614) + 1313 0,48 2 x 2668 De maneira análoga, pode-se calcular a freqüência do alelo normal CCR5. F(CCR5) = (2 x 741) + 1313 0,52 2 x 2668 De maneira geral, denominam-se as freqüências alélicas pelas letras p e q, e a soma destas freqüências é igual a um (p + q =1) ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 44 Também é possível calcular as freqüências genotípicas, obtidas a partir da expressão abaixo. Logo, as freqüências dos diferentes genótipos, neste exemplo, seriam: F(CCR5/CCR5) = 741 0,28 2668 F(CCR5/ 32) = 1313 0,49 2668 F( 32/ 32) = 614 0,23 2668 Equilíbrio de Hardy-Weinberg Pode-se afirmar que uma população está em equilíbrio quando, ao longo de várias gerações, as freqüências alélicas permanecem invariáveis. Para que esta condição de equilíbrio exista ou se mantenha, a população deve apresentar as características descritas abaixo. A ocorrência de uma mutação pode ser descrita como a transformação de ou alelo em outro (A A ), e este processo com certeza altera as freqüências alélicas, diminuindo a freqüência do alelo selvagem e aumentando a freqüência do alelo mutante. Logo, para que uma população esteja em equilíbrio, deve haver ausência de mutações. Freqüência genotípica = número de indivíduos apresentando o genótipo Número total de indivíduos ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 45 Quando há alteração na composição de indivíduos da população, através de migração, o conteúdo genético também é alterado; conseqüentemente as freqüências alélicas podem sofrer alteração. Logo, para que uma população esteja em equilíbrio, deve haver ausência de migração. As características favorecem a sobrevida maior e a reprodução de um grupo acabam por predominar neste grupo; este é o princípio da seleção natural. Como conseqüência deste processo, os alelos que codificam as características selecionadas têm sua freqüência aumentada. Logo, para que uma população esteja em equilíbrio, deve haver ausência de seleção natural Quando ocorre casamento/cruzamento entre indivíduos com características semelhantes, é grande a probabilidade destas características se repetirem na prole. Com o tempo, isso pode alterar as freqüências alélicas. A solução para isso é a reprodução aleatória ou ausência de endogamia, características importantes das populações em equilíbrio. No tópico anterior, foi demonstrado o cálculo das freqüências alélicas, denominadas p e q; verificou-se que a soma das freqüências de dois alelos do mesmo locus deve ser igual a 1. Numa população em equilíbrio, o quadrado da soma das freqüências alélicas também deve ser igual a 1. O que os valores de p 2, 2 pq e q 2 representam? O quadro abaixo representa um cruzamento entre dois indivíduos heterozigotos, e junto ao conteúdo genético dos gametas estão representadas as freqüências alélicas. (p + q ) 2 =1; se (p + q ) 2 = p 2 +2 pq + q 2 p 2 +2 pq + q 2 = 1 ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 46 Genótipo Aa Genótipo Aa A p a q A p AA p x p = p2 Aa p x q = pq a q Aa p x q = pq aa q x q = q2 Pode-se observar estes termos estão associados às freqüências genotípicas, sendo p2 a freqüência do genótipo AA, 2 pq a freqüência do genótipo Aa e q2 a freqüência do genótipo aa. Portanto, para verificar se uma determinada população está em equilíbrio de Hardy-Weinberg para um locus específico, deve-se comparar as freqüências genotípicas observadas na populaçãocom os valores de p 2, 2 pq e q 2. Se houver semelhança entre os valores, pode-se dizer que a população está em equilíbrio. ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 47 Exercícios 1. Cerca de 70% de todos os brancos norte-americanos podem sentir o gosto da substância feniltiocarbamida, e o restante não. A habilidade de sentir é determinada pelo alelo dominante T, e a inabilidade, pelo alelo recessivo t. Se uma população estiver em equilíbrio de Hardy-Weinberg, quais são as freqüências genotípicas e alélicas nesta população. 2. Em uma população de camundongos, existem dois alelos do lócus A (A1 e A2). Os testes mostraram que nesta população existem 384 camundongos do genótipo A1A1, 210 do genótipo A1A2 e 260 do genótipo A2A2. Quais são as freqüências dos dois alelos na população? 3. Em uma população cruzada aleatoriamente em laboratório, 4% das moscas têm o corpo preto (preto é autossômico recessivo b) e 96% têm o corpo marrom (a cor normal B). Se admitirmos esta população em equilíbrio de Hardy-Weinberg, quais são as freqüências genotípicas de BB e Bb? 4. Em uma população selvagem de besouros da espécie X, você nota que há uma proporção de 3:1 de cobertura de asa brilhante em relação à fosca. Esta proporção prova que fosca é dominante? (Suponha que os dois estados são causados por alelos de um gene.) Caso não, o que isto prova? Como você esclareceria a situação? 5. Em uma população, 20%dos indivíduos são AA, 60% são Aa e 20% são aa. Quais são as freqüências alélicas? Nesta população, a reprodução é sempre de fenótipos similares, mas aleatória dentro do fenótipo. Isto pode alterar as freqüências gênicas? Explique. Os seguintes dados dos tipos sanguíneos foram obtidos de lugarejos nas Américas do Norte e Central: Grupo Tamanho da amostra M MN N América Central 86 53 29 4 América do Norte 278 78 61 139 Calcule as freqüências dos alelos LM e LN para os dois grupos. 6. A freqüência de um alelo em uma população grande com reprodução aleatória é de 0,2. Qual é a freqüência dos heterozigotos portadores. 7. A incidência de albinismo recessivo é 0,0004 em uma população humana. Se a reprodução quanto a esta característica for aleatória na população, qual a freqüência do alelo recessivo? 8. Em uma amostra de população africana, as freqüências dos alelos LM e LN eram 0,78 e 0,22, respectivamente. Se a população se reproduzir aleatoriamente com relação aos tipos sanguíneos MN, quais as freqüências esperadas para os fenótipos M, MN e N? 9. Em uma classe de 25 estudantes, 14 forma incapazes de sentir o gosto da feniltiocarbamida (genótipo tt). Os outros 11 foram capazes de sentir esta substância (genótipo TT ou Tt). Entre os 11 sensíveis, quantos eram heterozigotos? ANOTAÇÕES DE AULA GENÉTICA Profª Danielle Rocha 48 REFERÊNCIAS ALBERTS, B. et al . Molecular biology of the cell. Quarta edição. Nova Iorque: Garland Publishing, 2002. GRIFFITHS, A.J.F. et al. I ntrodução à Genética. Trad. Paulo Armando Motta. Sétima Edição. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2002. SNUSTAD, P. & SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. Trad. Paulo Armando Motta. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2001 VARGAS, A.E.; MARRERO, A.R.; SALZANO, F.M.; BORTOLINI, M.C.; CHIES, J.A.B. Frequency of CCR5 32 in Brazilian populations. Brazilian Journal of Medical and Biological Research (2006) 39: 321-325. http://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070222093606AAskyUw http://www.egoproject.nl/star/seks%20chromosome.jpg http://pt.wikipedia.org/wiki/Equil%C3%ADbrio_de_Hardy-Weinberg http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/defini.htm http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/figuras/46xx.jpg. This document was created with Win2PDF available at http://www.win2pdf.com. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
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