Mutação e Recombinação Gênica

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LGN215 - Genética Geral
Aula 7:
Mutação e Recombinação Gênica
Prof. Dr. Antonio Augusto Franco Garcia
Monitora: Maria Marta Pastina
Piracicaba - SP
   
Mutação
 Conceito: qualquer modificação súbita e hereditária no conjunto 
gênico de um organismo, que não é explicada pela recombinação 
da variabilidade genética preexistente
 Assim, um organismo mutante é aquele cujo fenótipo alterado é 
causado por uma possível mutação
 Tipo selvagem: padrão encontrado na natureza ou no estoque 
de laboratório
 Mutação gênica: alterações num número reduzido de 
nucleotídeos da molécula de DNA, resultando no aparecimento 
de um novo alelo
 Mutação cromossômica: mutações que alteram de maneira 
visível (ao microscópio), o número ou a estrutura dos 
cromossomos
   
Mutação de ponto
 Alterações na sequência de nucleotídeos, que alteram a 
sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica codificada pelo 
gene, levando a uma alteração fenotípica
 No entanto, podem ocorrer mutações neutras, sem efeito algum 
no fenótipo
 Tipos de alterações: 
 Adição, deleção ou substituição de base
   
Código genético
   
Adição e Deleção
 Adição de uma Timina (T)
DNA: AGA TGA CGG TTT GCA
RNA: UCU ACU GCC AAA CGU
Proteína: ser – tre – ala – lis - arg 
DNA: AGT ATG ACG GTT TGC A
RNA: UCA UAC UGC CAA ACG U
Proteína: ser – tir – cis – gln – tre
 Deleção de uma Timina (T)
DNA: AGA TGA CGG TTT GCA (original)
DNA: AGA GAC GGT TTG CA
RNA: UCU CUG CCA AAC GU
Proteína: ser – leu – pro – asn
   
 Substituições de base: mutações nas quais um par de base 
substitui outro
 Pode ser:
 Transição: substituição de uma base por outra da mesma 
categoria química
 Purina substituída por purina (A → G ou G → A)
 Pirimidina substituída por pirimidina (C → T ou T → C)
 Transversão: substituição de uma base por outra de 
categoria química diferente (purina por pirimidina e vice e 
versa)
Substituição de base
   
 Mutação silenciosa: a substituição de bases não altera a seqüência de 
aminoácidos na cadeia polipeptídica
 Ex: 
Substituição de base
DNA: AGC → AGG
RNA: UCG → UCC
Prot.: Serina – Serina
 Mutação de sentido errado: a substituição altera um aminoácido na 
cadeia polipeptídica
 Ex: DNA: AGC → AAC
RNA: UCG → UUG
Prot.: Serina – Leucina
 Mutação sem sentido: causa o aparecimento de um códon de 
terminação no mRNA, impedindo a síntese completa da cadeia 
polipeptídica
 Ex: DNA: AGC → ATC
RNA: UCG → UAG
Prot.: Serina – Códon de terminação
   
Mutações
 Mutações sem sentido levarão ao término prematuro da tradução, tendo 
um efeito considerável no funcionamento da proteína
 As adições e deleções de um único par de bases no DNA causará uma 
mudança no quadro aberto de leitura do gene a partir desse ponto. Assim 
toda a sequência de aminoácidos traduzida a partir do sítio mutante é 
alterada, não tendo relação com a sequência original
 Resultado: perda completa da estrutura e função normal da 
proteína
   
Anemia falciforme: substituição de base
   
Mutação somática vs germinativa
 Mutações podem ocorrer em qualquer célula e em qualquer estágio do 
ciclo celular. Portanto, podem ocorrer em células somáticas e em 
células germinativas
 Uma mutação somática leva, geralmente, a um aglomerado de células 
fenotipicamente mutantes chamado setor mutante
 Os setores mutantes podem ser identificados somente se seu fenótipo 
contrastar visualmente com o fenótipo das células tipo selvagem
 Ex: mutação somática na maçã 
vermelha Delicious. Alelo mutante que 
determina cor dourada surgiu na 
parede do ovário da flor, que se 
desenvolveu na parte carnosa da maçã. 
As sementes não são mutante e darão 
origem a plantas normais (frutos 
vermelhos).
   
Mutação somática vs germinativa
 Se a mutação for em um tecido cujas células ainda estão se multiplicando, 
poderá surgir um clone mutante
 Mas se a mutação for em uma célula pós-mitótica, que não está se 
multiplicando, o impacto sobre o fenótipo será desprezível
   
Mutação somática vs germinativa
 Se a mutação ocorre em células germinativas (reprodutivas), ou em 
tecidos que darão origem a estas células, ela poderá ser transmitida às 
gerações seguintes (mutação germinativa)
 Deve-se, no entanto, excluir a possibilidade de que as diferenças 
fenotípicas surgiram devido à segregação meiótica e recombinação 
normais
   
Mutação somática vs germinativa
 Uma mutação para um alelo que determina orelhas recurvadas surgiu na 
linhagem germinativa de um gato normal com orelhas retas e expressou-
se na prole
   
 Mutações somáticas NÃO são transmitidas à descendência. Mas se for 
tirada uma muda de um caule ou uma folha que apresente um setor 
somático mutante, a planta que crescerá a partir desta muda pode 
desenvolver tecido germinativo a partir do setor mutante.
Mutação somática vs germinativa
 Ex: mutação produzindo um 
alelo para pétalas brancas que 
surgiu originalmente no tecido 
somático, mas eventualmente 
tornou-se parte do tecido 
germinativo e pôde ser 
transmitida através das 
sementes.
 Antes que um novo fenótipo herdável possa ser atribuído a uma mutação, 
tanto a segregação quanto a recombinação devem ser excluídas como 
causas possíveis. Esta exigência é verdadeira tanto para as mutações 
somáticas quanto para as germinativas.
   
Mutação
 Mutações morfológica:
 Ex: alteração das asas em Drosophila
Tipo selvagem
Asa vestigial Asa recurvada
   
Mutação
 Mutações letais:
 Ex: alteração da plumagem em codorna japonesa
Tipo selvagem Mutação letal
   
 Como as mutações causam diferenças no fenótipo?
Mutação
Gene Polipeptídeo FenótipoSelvagemInformação x ação x
Mutação Novoalelo
Fenótipo 
Mutante
Informação y
Polipeptídeo
alterado
ação y
   
Mutação
 Mutações são muito raras
 Taxa de mutação:
 1/1.000.000.000
 A maioria das mutações são deletérias, sendo normalmente 
eliminadas pela seleção natural
Tipo selvagem Mutação letal
   
Mutação
 Mutações espontâneas: de ocorrência natural. Possíveis causas:
 Erros na replicação do DNA
 Elementos genéticos móveis
 Mutações induzidas: são produzidas quando o organismo é 
exposto a um agente mutagênico, por exemplo, radiação ionizante 
(mutagênico físico: raio x, raios alfa, por exemplo)
 Ex: mutação induzida em 
Arabdopsis, folhas parcialmente 
convertidas em pétalas
   
Mecanismos de reparo do DNA
 A sobrevivência de um indivíduo 
está diretamente relacionada à 
sua estabilidade genética
 A manutenção desta estabilidade 
requer não apenas um mecanismo 
bem desenvolvido de replicação 
do DNA, mas também de 
mecanismos de reparação do 
DNA, que reparam as lesões 
acidentais (mutações) que 
ocorrem continuamente no DNA
   
Mutações cromossômicas
 Mutações numéricas (aberrações numéricas): 
 Variações no número de cromossomos
 Mutações estruturais (aberrações estruturais):
 Variações na estrutura dos cromossomos
   
Aberrações cromossômicas numéricas
 Mutações numéricas (aberrações numéricas): envolvem alterações 
no número cromossômico
 Euploidias: células ou organismos com múltiplos do número básico 
de cromossomos (x), ou seja, 3x (triplóides), 4x (tetraplóides), 5x 
(pentaplóides), etc.
 Normalmente, os organismos eucariotos são haplóides (x) ou 
diplóides (2x), ou seja, apresentam apenas uma ou duas cópias 
do conjunto básico de cromossomos (x) 
 n: corresponde estritamente ao número de cromossomos dos 
gametas. Ex: Trigo moderno, 2n = 6x = 42. Portanto, n = 3x = 
21 (x = 7)
 Aneuploidias: o organismo tem número anormal de cromossomos, 
apresentando um ou poucos cromossomos a mais ou amenos que 
o organismo selvagem
 Ex: 2n – 1 (organismo com um cromossomo a menos), 
chamado de monossômico; 2n + 1, organismo trissômico
   
Aberrações cromossômicas numéricas
 As ABERRAÇÕES NUMÉRICAS são 
também denominadas de poliploidias
 Importantes para a agricultura (60% das 
plantas cultivadas tem origem poliplóide)
 Maior número de cromossomos e, em geral, 
frutos, folhas e raízes maiores, aumentando 
assim a produtividade
   
Euploidias
 Autopoliploidia
 Alopoliploidia
   
Autopoliploidia
 Autopoliploidia: indivíduos com 3 ou mais genomas idênticos
 Genoma AA (2n) triplica-se, AA (3n)
 Ex: banana
 Diferentes níveis de ploidia podem ser selecionados. Ex:
 n → haplóide (A)
 2n → diplóide (AA)
 3n → triplóide (AAA)
 4n → tetraplóide (AAAA)
 6n → hexaplóide (AAAAAA), etc...
   
Autopoliploidia
 Autopoliplóides: um autotetraplóide AAAA se origina diretamente de um 
diplóide AA, pela duplicação de seu número de cromossomos ou pela 
união de 2 gametas diplóides (não reduzidos)
 Colchicina: impede a formação das fibras do fuso e faz com que os 
cromossomos não se separem na mitose. Tratamentos prolongados podem 
criar séries numéricas de 4n, 6n, 8n, etc...
   
Autopoliplóides Artificiais
   
Autopoliploidia
 Triplóides (3n)
 Quando plantas tetraplóides (4n) ou diplóides (2n) não reduzidas 
produzem gametas 2n viáveis que se unem na fertilização com 
gametas haplóides (n).
 Triplóides são estéreis devido à irregularidade na meiose.
 Os triplóides crescem vigorosamente e dão frutos grandes com 
pouca ou nenhuma semente. Para se estabelecer na natureza a 
planta se propaga vegetativamente.
 Exemplos: uva sem sementes, maçã, pera, banana
 Banana → genoma A, diplóide 2n = AA
 Um gameta não reduzido (2n) se uniu a um gameta normal (n), 
produzindo um indivíduo triplóide (3n), com genoma AAA
   
Autopoliploidia
 Triplóides (3n)
 Exemplo: melancia sem semente, triplóides (Japão)
 Cruzamento de plantas diplóides (2n) com tetraplóides (4n), e 
produção de sementes triplóides (3n) inviáveis
 Mais saborosa e com mais polpa
 Problema: quantidade de mão-de-obra para fazer os 
cruzamentos entre as plantas 2n e 4n
   
Autopoliploidia
 Tetraplóides (4n)
 Freqüentemente se originam a partir de uma duplicação de diplóides 
(2n)
 Aparecem com maior freqüência na natureza
 Orquídeas: flores de maior tamanho, intensificação do colorido e 
durabilidade das flores, além de maior resistência a doenças
 Rosas tetraplóides: folhas e flores bem maiores (gigantismo)
 Tomate tetraplóide: mais rico em vitamina C
   
 Tetraplóides (4n)
 Gramíneas forrageiras (braquiárias, colonião, jaraguá, etc...) 
produzem mais massa (forragem) verde que as plantas diplóides
 Seringueira autotetraplóide produz mais borracha que a diplóide, 
pois apresenta maior crescimento e diâmetro dos vasos laticíferos. 
Foi inicialmente desenvolvida no IAC
Autopoliploidia
   
 Alopoliploidia: indivíduo com no mínimo 2 genomas diferentes
 Uma espécie nova é formada pela união de 2 genomas distintos
 Exemplo: algodão
 G. herbaceum e G. arboreum (diplóides) → Velho Mundo
 G. barbadense e G. hirsutum (alotetraplóides) → Novo Mundo
Alopoliploidia
Novo Mundo Velho Mundo
2n = 52 (genoma AADD)
G. barbadense G. hirsutum
2n = 26 (genoma AA)
G. barbadense
G. arboreum
G. herbaceum
   
Alopoliploidia
 Os alopoliplóides podem ser 
sintetizados pelo cruzamento de 
espécies proximamente relacionadas 
e duplicação dos cromossomos do 
híbrido, resultando em um indivíduo 
anfidiplóide ( que significa “diplóide 
duplicado”)
 Atualmente, alopoliplóides são 
sintetizados na agricultura. Os 
cromossomos do híbrido estéril 
obtido a partir de um cruzamento 
interespecífico são duplicados com a 
utilização de colchicina
 Fusão de protoplastos: alopoliplóides 
somáticos
 Ex: Triticale, um anfidiplóide entre 
Trigo (Triticum, 2n = 6x = 42) e 
centeio (Secale, 2n = 2x = 14), 
combinando a alta produtividade do 
trigo com a resistência do centeio
História evolutiva do Trigo: alopoliplóide natural
   
AlopoliploidiaAlopoliploidia
 Alopoliploidia pode resultar naturalmente no surgimento de uma nova 
espécie
   
Aneuploidias
 Alterações no número de 
cromossomos, ocasionando ganho 
ou perda de cromossomos
 As conseqüências são graves tanto 
para plantas como para animais
 Origem de gametas aneuplóides: 
não-disjunção na primeira ou 
segunda divisão celular
 Ex: Síndrome de Down (trissomia 
do cromossomo 21)
   
 Afetam a estrutura dos cromossomos, ou 
seja, o número ou o arranjo dos genes nos 
cromossomos
 Deficiência ou deleção: é a perda de uma 
porção do cromossomo, resultando na falta 
de um ou mais genes
Aberrações cromossômicas estruturais
   
 Duplicação: é o produto da presença de uma porção extra de cromossomo, 
resultando na repetição de um ou mais genes
Aberrações cromossômicas estruturais
   
 Inversão: ocorre quando, num determinado segmento de cromossomo, 
houver duas fraturas, seguidas da subseqüente soldadura do fragmento 
mediano, agora colocado em posição invertida
Aberrações cromossômicas estruturais
Normal
Paracêntrica
Pericêntrica
   
 Translocação: ocorre quando dois cromossomos não-homólogos quebram 
simultaneamente e trocam segmentos
Aberrações cromossômicas estruturais
 As translocações, inversões e deleções produzem uma esterilidade parcial 
pela geração de produtos meióticos (gametas) desbalanceados, que podem 
morrer ou gerar zigotos que morram
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