Mapeamento Gênico Eucariótico

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MAPEAMENTO GÊNICO EUCARIÓTICO
Toda a história do mapeamento gênico eucariótico começa com o Thomas Hunt Morgan, que é o pai da teoria cromossômica da herança. Mexia com Drosophila (mosca).
A aula mostra como você pode descobrir onde os genes estão no cromossomo por crossing over.
A definição de Mapeamento é: mapear, localizar, situar e ordenar. Em termos genéticos, a ideia é relacionar o posicionamento de dois ou mais genes ou sequencias nucleotidicas de interesse. Por exemplo, tem um gene A e um B. Qual a ordem deles? A distância entre eles? Etc.
Por que usar o mapeamento por recombinação? (Ao invés de sequenciar o genoma)
O problema é que ao mapear o genoma no computador, o PC não identifica a maioria dos supostos genes. Ele apenas te volta com um ponto de interrogação ou probabilidade. Não é tão preciso. Ele é bom pra você ter acesso a sequencias nucleotídicas. Mas ele não te diz se um grupo deles formam um gene.
1.  Muitos dos genes identificados pelo projeto genoma são de função desconhecida. – Isso mata qualquer pesquisador. 
2.  O mapeamento por recombinação, além de determinar a existência de um gene, pode também fornecer informação funcional sobre o mesmo. – Mesmo sendo mais demorado é mais preciso.
Exemplo:
Um gene, responsável pela característica cor, está sempre “associado” a outro gene, ainda não identificado e, portanto hipotético, responsável pela característica tamanho. Assim, se cada gene apresentar dois alelos, então:
Organismo diploide. C representa o gene Cor. A interrogação é porque não temos certeza se o gene T realmente representa Tamanho.
Se os dois cromossomos homólogos recombinarem em processo de crossing over, teremos os 4 tipos de gametas representados.
Os parentais eram “vermelho e grande” e “branco e pequeno”.
A partir do momento em que vemos que alguma coisa relacionada à cor está sempre associada a tamanho e essa associação entre cor e tamanho variam de um gameta para outro, podemos supor que realmente um suposto gene envolvido com tamanho existe. E não só o gene T existe, mas ao que parece ele está relativamente próximo do gene para cor C, porque sempre tem uma combinação entre cor e tamanho. Parece que variam juntos.
A “mistura” (recombinação) das características é um forte indicativo de que o gene para tamanho existe, contudo ainda não podemos afirmar que os mesmos estão no mesmo cromossomo e nem se estão próximos ou não...
Entretanto, antes de tentarmos responder a estas questões, temos que entrar num acordo de que: “nós só pudemos chegar a estes indícios a partir de um indivíduo diíbrido”, ou seja, um indivíduo que é heterozigoto para os dois genes em questão. Se estivéssemos utilizando um indivíduo duplo dominante ou duplo recessivo, nós não veríamos a mistura (recombinação).
Sempre que for fazer o mapeamento gênico com recombinação, tem necessidade absoluta de trabalhar com indivíduos que são heterozigotos. E se forem dois genes com seus alelos tem que ter um diíbrido ou duplo hibrido.
 Tentaremos agora começar a responder as indagações anteriores...
Primeira pergunta é: Ta no mesmo cromossomo?
Os gametas tanto em loci diferentes quanto no mesmo loci (cromossomos) da o mesmo resultado em gametas: ¼ para cada tipo.
Como descobrir então?
Então, para desempatar esta situação, teremos que focar nossas atenções nas taxas de recombinação. Para tanto, vamos imaginar que os genes em questão estejam no mesmo cromossomo, mas muito distantes um do outro…
Agora, imagine que estes mesmos genes estão muito próximos no mesmo cromossomo.
Finalmente, pergunte-se: Onde é mais provável de ocorrer uma recombinação que separe os genes?
É mais provável no mais distante, pois a chance de ocorrer um crossing over no espaço entre eles é maior. Ou seja, quanto maior a distância entre dois genes, maior a probabilidade de ocorrer um evento de recombinação entre eles.
É essa chance de ter ou não a mistura que vai te falar se eles estão no mesmo cromossomo ou não. 
A medida que eu diminua a chance de crossing over acontecer (genes mais próximos), menor vai ser a quantidade de recombinantes.
 Em geral, esperamos observar uma maior proporção de indivíduos parentais (ou seja, não recombinantes) à medida que os genes estão mais próximos, e vice-versa. Veja:
Pode haver ainda a situação em que os genes estão tão próximos que nós nunca vemos recombinantes; a recíproca é verdadeira e isso nos confunde, pois os genes se comportam como se estivessem em cromossomos diferentes. Veja:
Quando eles estão muito colados, praticamente não acontece crossing over.
Quanto eles estão muito distantes você veria a proporção de ¼ redondo para todos os gametas, sendo estes parentais ou recombinantes, igualando como se tivesse segregação independente, como na teoria do Mendel.
E por falar em recombinação...
 A “recombinação” é um mecanismo biológico para gerar variabilidade; a qual é obtida por segregação independente ou por crossing-over.
Então pode-se concluir que:
1.  A recombinação de genes localizados em cromossomos diferentes se dá por segregação independente.
2.  A recombinação de genes localizados num mesmo cromossomo (“genes ligados”) se dá por “crossing-over”.
Estas conclusões podem ainda nos levar à conclusão de que:
1.  Genes independentes(em cromossomos diferentes) ou genes muito distantes num mesmo cromossomo apresentam frequências de recombinação (FR) de ½ [1/4 (recombinante 1) + 1/4 (recombinante 2)], ou seja, de 50%.
2.  Genes localizados no mesmo cromossomo, e relativamente próximos, apresentam frequências de recombinação (FR) inferiores a ½ , ou 50%. Veja:
Pergunte-se: e se a FR for maior que 50%? R: Não há como!
Veja:
No segundo exemplo ocorre crossing over, então teremos sempre no máximo 50% de parentais e 50% de recombinantes nos gametas resultantes.
Evidências históricas (reais) de ligação e recombinação
As evidências de que os genes na época ainda consideradas partículas hereditária, podiam estar localizados numa mesma estrutura física e, sendo assim, estarem ligados, surgem nos anos 1900 com a redescoberta dos experimentos de Mendel.
Pesquisadores que redescobriram os trabalhos do Mendel por volta de 1902, fazendo experimentos com ervilhas, e analisando dois genes que, a princípio, deveriam demonstrar segregação independente, quando cruzados com um indivíduo duplo recessivo, observaram que isto não acontecia... Tentando também com outros organismos eles viam que as vezes a teoria de segregação independente funcionava bem, enquanto em outros casos não.
Relembrando:
Qual a proporção esperada do cruzamento mencionado anteriormente?
Resposta: 
Proporção para a segregação independente das partículas hereditárias. O problema é quando os Alelos estão no mesmo cromossomo. E vai depender se estão próximos ou distantes.
As pessoas começaram a testar e fazer o mesmo que o Mendel fez, mas não encontraram as mesmas proporções. 
Posteriormente, esse fato também chamou a atenção de outro pesquisador: Thomas Hunt Morgan.
T. H. Morgan estava trabalhando com dois genes autossômicos de Drosophila e ele nunca via segregação independente...
Cor dos olhos: 		Forma das asas:
pr+ - vermelho 		vg+ - longa
pr – púrpuro 			vg – curta
Veja:
P: pr+/pr+ · vg+/vg+ X pr/pr · vg/vg
F1: pr+/pr · vg+/vg
Cruzamento Teste: pr+/pr · vg+/vg X pr/pr · vg/vg
Resultado:
O resultado observado tem uma quantidade muito superior de indivíduos parentais, não tendo a proporção esperada para a segregação independente.
Isso aconteceu porque provavelmente o Morgan estava lidando com alelos no mesmo cromossomo, muito próximos para ocorrer crossing over.
Repare que é utilizado um “Ÿ” ao invés de “;”. Isso é uma convenção que determina se os genes estão no mesmo cromossomo “Ÿ” ou em cromossomos diferentes “;”.
Analisando os dados, Morgan pensou algo brilhante pra explicar o que ele estava vendo: “Os genes, e consequentemente seus alelos, podem não apresentar-se de forma independente por estarem de alguma forma ligados numa mesma estrutura.” Essa ideia contribuiuem muito com a teoria cromossômica da herança. Embora a ideia de ligação de Morgan parecesse sólida, a mesma não foi aceita tão logo proposta, e evidências visuais tiveram que ser obtidas...
Eis que em 1931, H. Creighton e B. McClintock estavam estudando dois genes situados no cromossomo 9 do milho...
C – semente amarela
c – semente incolor
Wx – endosperma gorduroso	 
wx – endosperma amiláceo
Se Morgan estivesse correto, após um evento de crossing-over, os alelos deveriam ser recombinados de tal forma que:
E isso foi visto realmente!
Mas agora surgia uma nova questão: quando ocorria o crossing-over? Antes da duplicação dos cromossomos ou depois que os mesmos já estivessem duplicados?
Lembrando: Cromossomos se duplicam durante a prófase I meiótica.
Vejamos: Quando os cromossomos ainda não se duplicaram, os gametas esperados seriam: Wx · c; wx · C
Quando os cromossomos já se duplicaram, os gametas possíveis seriam: Wx · C; Wx · c; wx · C; wx · c
Uma vez que a ideia de Morgan tinha sido aceita, tudo ficou mais claro. Entretanto, Morgan não conseguia visualizar como os genes estavam organizados na tal estrutura e nem conseguia estabelecer uma distância física entre eles...
“Angustiado”, ele delega esse missão árdua ao seu estudante de Iniciação Científica, chamado “Alfred Sturtevant”. Sturtevant, numa noite em que deixou seus afazeres de graduação de lado e se dedicou à missão de seu mestre, analisou a tabela de dados de Morgan...
...e pensou:
1.  Os genes podem estar ligados num mesmo cromossomo.
2.  Quanto maior a distância entre eles, maior a probabilidade de ocorrer um crossing-over.
Logo, se:
FREQÜÊNCIA DE NÃO RECOMBINANTES (Parentais) = (1339 + 1195) ÷ 2839 = ~89%
FREQÜÊNCIA DE RECOMBINANTES (Crossing-over) = (151 + 154) ÷ 2839 = ~10,7%
Então, o mapa entre os genes deveria ser baseado numa unidade que refletia a FR! Daí, Sturtevant criou um mapa onde:
1% de recombinação = 1 unidade de mapa (u.m.); e para se precaver do mau humor de seu mestre, Sturtevant gentilmente denominou sua “u.m.” de CentiMorgan (cM).
Por mais simples que parecesse, o pensamento dele teve lógica, pois para descobrirmos se estava no mesmo cromossomo ou em cromossomos diferentes? Era a quantidade de recombinantes. Se não vemos recombinantes quer dizer que eles estão colodos um no outro. Se você vê 100% de recombinantes quer dizer que ele, ou está em cromossomos diferentes, ou muito distantes no mesmo cromossomo.
Reflexão:
Se houver apenas um evento de crossing entre dois loci(genes), então a taxa de recombinação máxima é de 50% ( ¼ de um recombinante + ¼ de outro recombinante = ½ ); ok. Contudo, se estivermos considerando vários loci de uma só vez, tipo todos os genes de um cromossomo, podemos obter resultados que ultrapassam as 50 u.m. ou os 50 % de recombinação.
Quando falamos de 50% (50 u.m.), estamos falando da relação entre dois genes, ou dois pontos de referência num cromossomo. E a isso chamamos de Mapa Genético. Mapas genéticos sempre analisam genes ou pontos de referência dois a dois. Já quando falamos de vários genes num mesmo cromossomo, estamos falando de algo com muito mais precisão e então estamos falando de um Mapa Físico. Mapas físicos são a somatória de vários mapas genéticos.
Quando você vai fazer um mapeamento gênico, você sempre pega de dois em dois. E o limite dos resultados é 50 cM. Se fizesse um mapeamento de A com E o resultado seria de 50 cM. A somatória de vários mapas genéticos é mais informativa, mais completa. Se tivesse feito apenas A com E dando 50, A com D dando 50, como você teria certeza se eles estão no mesmo cromossomo? Só fazendo mais mapas genéticos.
Posicionamento dos loci (CIS / TRANS)
Por exemplo, se eu lhe forneço o genótipo “pr+/pr · vg+/vg” qual será a organização dos alelos nos cromossomos?
Então, dizemos que os alelos pr+ e vg+ e pr e vg estão em CIS; e por convenção escrevemos pr+vg+ / pr vg
Então, dizemos que os alelos pr+ e vg e pr e vg+ estão em TRANS; e por convenção escrevemos pr+vg / pr vg+