Aula 10 - Ligação e Recombinação

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1 
Carla G. Avila Moreira 
carlafarma@gmail.com 
 
 
Disc. Genética Animal 
 
Ligação e Recombinação 
Ligação e recombinação 
 Todos os organismos vivos possuem 
seqüências polinucleotídicas que 
permitem a sua sobrevivência, capacidade 
de regeneração, duplicação e reprodução. 
 
 O desenvolvimento destes mecanismos 
tem sua base nestas seqüências, as quais 
chama-se de genes. 
Ligação e recombinação 
 Nos organismos cujo cromossomo é único, 
como no caso das bactérias e 
 alguns vírus, todos os genes estão ligados. 
 
 Enquanto que nos indivíduos que possuem 
mais de um cromossomo, os genes poderão 
estar ligados ou não. 
 
 
 
Ligação Gênica 
 A ligação gênica foi descoberta por volta 
de 1903 por Sutton. 
 Mais tarde por Bateson e Punnet (1905). 
 Mas somente em 1910 que T. H. Morgan 
foi capaz de evidenciar a ligação em 
cromossomos de Drosophila (Burns, 
1984). 
Ligação Gênica 
 Todas as espécies eucarióticas possuem 
mais genes do que cromossomos. 
 Portanto há muitos genes que estão 
dispostos no mesmo cromossomo. 
 Se chama de ligação genética. 
 Entretanto, esses genes nem sempre são 
herdados separadamente. 
Ligação Gênica 
 Se juntos a ligação é dita completa, o que 
é uma exceção; 
 Na maioria dos casos os genes 
recombinam-se provocando naturalmente 
uma variabilidade nas espécies. 
 
2 
Ligação Gênica 
 
Genes estão ligados se estiverem localizados 
no mesmo cromossomo 
 Assumimos que cromossomos separados 
segregam independentemente na meiose 
 
Locus A 
Locus B 
Ligação Gênica 
• A ligação descreve o fenômeno da não 
segregação independente entre os alelos 
de loci vizinhos que estão próximos um do 
outro no mesmo cromossomo. 
 
• Esta segregação não independente faz 
com os alelos sejam transmitidos juntos 
mais frequentemente que pelo acaso. 
 
 
Genótipos e Haplótipos 
 
 
 
 
A 
B 
C 
D 
a 
b 
c 
d 
Um par de cromossomo 
•4 genes (loci) localizados no mesmo par de 
cromossomo de um organismo diplóide. 
 
•Os alelos no primeiro locus são A e a 
 
•Os haplótipos para este indivíduo são ABCD 
e abcd 
 
•Herdados do pai e da mãe, respectivamente 
 
•O genótipo é ABCD/abcd ou 
•(A/a, B/b, C/c e D/d) 
Segregação aleatória /independente 
 
 
 
 
Figura - Segregação de 3 pares de cromossomos, cada par representado por um 
formato e cada cromossomo homólogo representado por uma cor. Se a segregação for 
aleatória, qualquer um dos 8 tipos de gametas formados terá a mesma probabilidade de 
ocorrência. 
Recombinação onde ocorre 
 
 Profase I da meiose I 
Recombinação onde ocorre 
3 
Bases da Ligação e Racombinação 
 Assumimos que cromossomos separados 
segregam independentemente na meiose 
 Genes localizados em cromossomos 
diferentes também segregam 
independentemente 
 A chance que um alelo em um loco seja 
herdado junto com um alelo em outro loco de 
mesma origem parental é de 0,5 quando 
estão em cromossomos diferentes 
 Genes estão ligados se estiverem localizados 
no mesmo cromossomo 
 
Segregação independente de dois 
genes. 
Cruzamento 
Pai 1 AABB x aabb Pai 2 
F1 AaBb (100%) 
F1-gametas AB Ab aB ab 
A e B não ligados: freq. (%) 25 25 25 25 
Segregação não independente de 
dois genes ( Ligados). 
 
Pai 1 AABB x aabb Pai 2 
F1 AaBb (100%) 
F1-gametas AB Ab aB ab 
A e B não ligados: freq. (%) 25 25 25 25 
A e B ligados: exemplo freq (%) 35 15 15 35 
A e B fortemente ligados: (%) 48 2 2 48 
Cruzamento 
Exemplo esquemático de uma 
recombinação 
4 
Recombinação cont. 
Recombinantes 
Recombinação cont. 
 A chance que A /B ou a/b sejam co-herdados pela 
progênie é de 50% 
◦ neste caso os genes não estão ligados 
 Esta chance aumenta se os genes es tiverem ligados 
 Novas combinações c romossomais aparecem 
(indicado como c rossover). 
• No exemplo anterior, a combinação acf e bde não 
aparecem nas células parentais 
• A s novas combinações são o resultado da 
recombinação, portanto indicado como 
recombinantes 
 
 
Como se reconhesse se houve 
recombinação? 
 Na realidade nós não podemos observar 
os gametas (não os haplótipos). 
 Como podemos identificar os 
recombinantes? 
 Utilizando o “testcross” ou 
retrocruzamento (teste de ligação 
clássico) nós podemos avaliar o resultado 
da meiose na F1. 
 “Testcross” (F1 é cruzado com o 
homozigoto parental recessivo) 
Como se reconhesse se houve 
recombinação? 
 Se os alelos A e B são dominantes, a 
composição dos gametas produzidos pelo 
pai F1 pode ser determinado a partir do 
fenótipo da progênie 
 
F1 AaBb x aabb parental 
Progênie AaBb Aabb aaBb aabb 
Distancia entre genes 
 Quanto maior for a distância entre dois 
genes, mais freqüentemente ocorrerá 
crossing-over e maior o número de 
recombinações 
 
 Portanto, a fração de recombinação é 
calculada a partir da proporção de 
recombinantes nos gametas produzidos 
 
 
Fração de recombinação (θ) = número de recombinantes/total 
• Note que as combinações aB e Ab nem 
sempre são os recombinantes. 
• Se a F1 foi produzida pelo cruzamento 
AAbb x aaBB, 
– os gametas recombinantes seriam AB e ab. 
• Portanto, para cada retrocruzamento, nós 
devemos determinar quais os alelos 
estavam unidos na geração parental 
• Isto é conhecido como fase de ligação 
Distancia entre genes 
5 
Fase de Ligação 
 Se AB e ab estavam unidos nos gametas parentais, o par 
de genes é dito estar em fase de acoplamento (coupling 
phase) 
 Se aB e Ab estavam unidos nos gametas parentais, o par 
de genes esta em fase de repulsão (repulsing phase) 
 Estes termos algumas vezes são arbitrários se não existe 
alelos dominantes ou mutantes 
 
• Se dois genes estão em cromossomos diferentes a análise 
será: 
• AaBb x aabb 
– aabb produzirá somente um tipo de gameta: a b 
– AaBb produzirá freqüências iguais dos 4 tipos de gametas, os quais conduzirão 
a 4 tipos de progênies: 
 
 
Resultado para genes em 
cromossomos diferentes 
 
 
 
Freqüência Gameta do 
pai AaBb 
Gameta do 
pai aabb 
Genótipo 
da progênie 
Fenótipo da 
progênie 
25% A B a b AaBb A B 
25% A b a b Aabb A b 
25% a B a b aaBb a B 
25% a b a b aabb a b 
 
Caso 1 Caso 2 
A 
B 
a 
b 
A 
b 
a 
B 
Par de 
cromossomos 
homológos 
Par de 
cromossomos 
homológos 
AaBb AaBb 
Genótipos 
A B 
a b 
A b 
a B 
Constituição cromossomal 
 
Acoplamento Repulsão 
 No tipo de notação AaBb não podemos 
distinguir entre os dois tipos de possibilidades 
em cada cromossomo 
 No caso 1 temos a fase de acoplamento e no 
caso 2 a fase de repulsão 
 Se A e B estão próximos no mesmo 
cromossomo e ocorre recombinação durante a 
meiose, quais serão os gametas produzidos em 
cada caso? 
Constituição cromossomal 
 
Caso 2: 
 Gameta tipo freqüência 
Caso 1: 
 Gameta tipo freqüência 
A B Tipo recombinante r/2 
a b Tipo recombinante r/2 
A b Tipo parental p/2 
a B Tipo parental p/2 
A B Tipo parental p/2 
a b Tipo parental p/2 
A b Tipo recombinante r/2 
a B Tipo recombinante r/2 
Tipos parentais/recombinantes 
 Usualmente o mapeamento envolve a c ruza de um 
heterozigoto (onde a recombinação ocorre) com um 
homozigoto recessivo 
 Is to resulta em progênies com genótipos que podem 
ser diretamente inferidos de seus fenótipos 
 Se A B / a b é c ruzado com a b / a b as progênies 
serão: 
Genótipo FenótipoTipo Freqüência 
 a b / a b a b parental p/2 
 A B/ a b A B parental p/2 
 a B / a b a B recombinante r/2 
 A b / a b A b recombinante r/2 
Retrocruzamento 
6 
 O que aconteceria se o pai utilizado no retrocruzamento 
fosse homozigoto dominante? A B / A B 
 Não seria possível distinguir pelo fenótipo 
 Isto é: 
◦ tipos parentais = A B / A B e A B / a b 
◦ tipos recombinantes = A B / A b e A B / a B 
Genótipo Fenótipo Tipo Freqüência 
 A B / A b A B recombinante r/2 
 A B/ a B A B recombinante r/2 
 A B / a b A B parental p/2 
 A B / A B A B parental p/2 
Retrocruzamento cont. Exemplo 1 
Qual é a fase de ligação? 
Qual é a distância entre os locos? 
A tabela abaixo mostra o retrocruzamento AaBb x aabb 
 Gametas na F1 Resultado no retrocruzamento Tipo de gameta 
---------------------------------------------------------------------------------------- 
 A B 1267 
 A b 151 
 a B 154 
 a b 1267 
---------------------------------------------------------------------------------------- 
 Total 2839 
Recombinante 
Parental 
Recombinante 
Parental 
Exemplo 1 
A tabela abaixo mostra o retrocruzamento AaBb x aabb 
 
Qual é a fase de ligação? 
 A fase de ligação é AB//AB e ab//ab (acoplamento) 
Gametas na F1 Resultado no retrocruzamento Tipo de gameta 
---------------------------------------------------------------------------------------- 
 A B 1267 
 A b 151 
 a B 154 
 a b 1267 
---------------------------------------------------------------------------------------- 
 Total 2839 
Parental 
Parental 
Recombinante 
Recombinante 
Parentais X 
F1 
a b a b a b a b 
a b 
a b 
a b 
A B 
A B 
A B 
A B 
a b a B A b 
Parental Parental Recomb. Recomb. 
Progênie resultante do retrocruzamento 
Cruzamento teste 
Exemplo 2 
A tabela abaixo mostra o retrocruzamento AaBb x aabb 
 
Qual é a fase de ligação? 
 A fase de ligação é Ab//aB e Ab//ab (Repulsão) 
Gametas na F1 Resultado no retrocruzamento Tipo de gameta 
---------------------------------------------------------------------------------------- 
 A B 153 
 A b 1016 
 a B 1016 
 a b 152 
---------------------------------------------------------------------------------------- 
 Total 2335 
Qual é a distância entre os locos? 
 
Recombinante 
Recombinante 
Parental 
Parental 
Parentais X 
F1 
a b a b a b a b 
a B 
a B 
a B 
A b 
A b 
A b 
A b 
a B A B a b 
Parental Parental Recomb. Recomb. 
Progênie resultante do retrocruzamento 
Cruzamento teste 
a b 
a b 
7 
 A distância entre 2 genes é determinada por sua fração de 
recombinação 
 A unidade de mapa é Morgan. Um Morgan é a distância sobre 
a qual, na média, ocorre um crossover por meiose. 
 As distâncias considerando mais de 2 pontos (locos) podem 
ser combinadas aditivamente? 
 Não. Porque as frações de recombinação não são aditiva. 
 Considerando 3 loci A, B e C: 
A B C 
r1 r2 
r12 
A distância r12 depende da 
existência de interferência 
Funções do mapeamento 
 Se a recombinação entre A e B é independente da 
recombinação entre B e C , dizemos que não há 
interferência 
 Neste caso, a recombinação entre A e C é igual a: 
 
r12 = r1 + r2 - 2*r1*r2 
• Interferência - a ocorrência de um crossover em uma região reduz a 
probabilidade de um crossover na região adjacente 
 
 
A B C 
a b c 
Funções do mapeamento 
 Qual o problema das distâncias não se combinarem 
aditivamente? 
 Teríamos que refazer o mapa toda vez que novos locos forem 
descobertos. 
 Solução: 
◦ as distâncias são mapeadas usando funções de mapeamento 
 Uma função de mapeamento traduz a frequência de 
recombinação entre 2 locos em uma distância de mapa em 
cM 
 Propriedades de uma boa função de mapeamento: 
◦ Que as distâncias sejam aditivas, AC = AB + BC 
◦ Distâncias > 50 cM deveriam ser traduzidas em fração de 
recombinação de 50% 
 Em geral, uma função de mapeamento depende da 
interferência assumida 
Funções de Mapeamentos Funções de mapeamento 
 Interferência completa 
◦ distância (d) = fração de recombinação (r) 
 Função de Kosambi 
◦ permite alguma interferência 
◦ d = 1/4 ln[(1 + 2r)/(1-2r)] 
 Função Haldane 
◦ sem interferência é adequada 
◦ d = - 1/2 ln (1 - 2r) 
 
Distância de mapa (m) em função da freqüência de 
recombinação (r), com interferência completa (m = r), 
Kosambi e Haldane 
r 
m=r 
 Voltando aos exemplos: 
• As distâncias entre os locos A e B nas diferentes fases são: 
– Fase acoplamento r = [(151 + 154)/(2839)]* 100 = 10,74% 
• d = r = 10,74 cM 
– Fase de repulsão r = [(153 + 152)/ (2335)] * 100 = 13,06% 
• d = r = 13,06 cM 
Gametas na F1 Fase acoplamento Fase de repulsão 
------------------------------------------------------------------------------- 
 A B 1267 153 
 A b 151 1016 
 a B 154 1014 
 a b 1267 152 
------------------------------------------------------------------------------- 
 Total 2839 2335 
• Qual a distância correta? 
Distancia entre os genes 
8 
 As duas porque cada meiose terá um 
numero de recombinação diferente 
Distancia entre os genes cont. 
Distância entre os genes 
 Com interferência completa 
◦ acoplamento d= r = 10,74 cM 
◦ repulsão d=r= 13,06 cM 
 
 Usando a função de Kosambi 
◦ acoplamento d = 10,90 cM 
◦ repulsão d = 13,37 cM 
 
 Usando função de Haldane 
◦ acoplamento d = 12,09 cM 
◦ repulsão d = 15,13 cM 
Distância entre 2 genes 
 Crossover duplo não são reconhecidos. Qual a 
solução? 
 
 Adicionar um terceiro loco (cruza de 3 fatores) 
 Nem todos os crossover duplos são identificados 
 Uma cruza tri-híbrida produz 23 tipos de gametas 
 Se a segregação for independente, qual será a 
proporção esperada destes gametas? 
 
 1:1:1:1:1:1:1:1 
 A cruza de 3 locos permite ordenar os locos 
(marcadores) 
Como mapear 3 locos? 
 Do retrocruzamento da F1 AaBbCc resultaram: 
Genótipo Número de progênie Tipo 
------------------------------- ------ ----- ------ ------ ----- -- 
ABC/ 390 
abc/ 374 
AbC/ 27 
aBc/ 30 
ABc/ 5 
abC/ 8 
Abc/ 81 
aBC/ 85 
------------------------------- ------ ----- ------ ------ ----- -- 
Total 1000 
• Qual é a fase e a ordem dos locos? 
• Quais são as distâncias entre os locos? 
Parental 
Crossover simples 
no intervalo I 
Duplo crossover 
Crossover simples 
no intervalo II 
B A C 
Como mapear 3 locos? 
 Os parentais sempre serão as classes de maior frequência 
 Os duplo crossover estará nas classes de menor freqüência 
 No exemplo --> a fase é de acoplamento 
 
• Qual a ordem dos genes (ABC, ACB ou CAB)? 
 
• O duplo crossover sempre terá o marcador central ladeado 
pelos marcadores do outro cromossomal parental 
 
– A ordem é então : ACB 
 
A B C A C B 
a b c a c b b a c 
Distância considerando 3 locos 
 A distância A-C será: 
◦ d = [(81 + 85 + 5 + 8)/(1000)]*100 = 17,9 cM 
 A distância C-B será: 
◦ d = [(27 + 30 + 5 + 8)/(1000)]*100 = 7 ,0 cM 
 Portanto o mapa será: 
 
A C B 
rAC = 17,9 cM rCB = 7,0 cM 
rAB = 24,9 cM 
A distância AB estácorreta? 
9 
Distância considerando 3 locos 
 Calculo da distância A-B 
◦ d = [(81 + 85 + 27 + 30)/(1000)]*100 = 
22,30 cM 
 
 Somando dAC + dCB = 24,9  22,30 
 
 Porque a diferença? 
◦ Devido ao duplo crossover no intervalo A-B 
não ser detectado. 
Tipos de mapas 
Tipos de mapas (mapas de ligação) 
a 
a 
Tipos de mapas (mapas de ligação)