Aula 10 - Ligação gênica - arquivo pdf

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Heden L. M. Moreira
Departamento de Zoologia e Genética
Disc. Disc. GenéticaGenética GeralGeral
LigaçãoLigação e e RecombinaçãoRecombinação
Tipos de mapasTipos de mapas
Tipos de mapasTipos de mapas Mapas de ligaçãoMapas de ligação
a
a
BASES DA LIGAÇÃO E MAPEAMENTO DE GENESBASES DA LIGAÇÃO E MAPEAMENTO DE GENES
• Ligação
– Genes estão ligados se estiverem localizados no mesmo 
cromossomo
– Assumimos que cromossomos separados segregam 
independentemente na meiose
Locus A
Locus B
Ligação
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.
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Genótipos e haplótipos
• 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)
a b c d
A B C D
Um par de 
cromossomo
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.
BASES DA LIGAÇÃO E MAPEAMENTO DE GENESBASES DA LIGAÇÃO E MAPEAMENTO DE GENES
• Ligação
– 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
Segregação 
independente
de dois genes.
BASES DA LIGAÇÃO E MAPEAMENTO DE GENESBASES DA LIGAÇÃO E MAPEAMENTO DE GENES
• Ligação
– 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
Ming-Wei Lin
Segregação não
independente de dois 
genes.
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LIGAÇÃOLIGAÇÃO
• 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 
independente
de dois genes.
LIGAÇÃOLIGAÇÃO
• 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
A e B ligados: exemplo freq (%) 35 15 15 35
A e B fortemente ligados: (%) 48 2 2 48
LIGAÇÃOLIGAÇÃO
• 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 estiverem ligados
• Genes localizados no mesmo cromossomo possuem a 
chance de não serem herdados como no estado parental?
• Sim - isto é devido a recombinação. Quando isto ocorre?
• Durante a meiose
• Novas combinações cromossomais aparecem (indicado 
como crossover).
RECOMBINAÇÃORECOMBINAÇÃO
Crossing-over e recombinação
Durante a meiose
Gametas
LIGAÇÃOLIGAÇÃO
• 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 estiverem ligados
• Genes localizados no mesmo cromossomo possuem a 
chance de não serem herdados como no estado parental?
• Sim - isto é devido a recombinação. Quando isto ocorre?
• Durante a meiose
• Novas combinações cromossomais aparecem (indicado 
como crossover).
• No exemplo anterior, a combinação acf e bde não 
aparecem nas células parentais
• As novas combinações são o resultado da recombinação, 
portanto indicado como recombinantes
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LIGAÇÃOLIGAÇÃO
• 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) 
F1 AaBb x aabb parental
Progênie AaBb Aabb aaBb aabb
• 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
LIGAÇÃOLIGAÇÃO
• 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
• 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
Fase de ligaçãoFase de ligação
• 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:
 
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 
 
• Entretanto, se A e B estão muito próximos em um 
cromossomo então as combinações originais dos alelos A e 
B no pai heterozigoto permanecerão juntas na progênie
• Quais são as “combinações originais” dos alelos A e B?
• Existem duas possibilidades:
• Resultado para genes em cromossomos diferentes Constituição cromossomalConstituição cromossomal
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
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Constituição cromossomalConstituição cromossomal
• No tipo de notação AaBb não podemos distinguir entre os 
dois tipos de possibilidades em cada cromossomo
• Um terceira representação usando (+) para o tipo selvagem:
– Caso 1: + + / a b
– Caso 2: + b / a +
• Estas combinações são os tipos parentais
• Elas são chamadas tipos parentais porque elas são as 
combinações de alelos que os indivíduos nos casos 1 e 2
herdam de seus pais
• 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?
Tipos parentais/recombinantesTipos parentais/recombinantes
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
• Usualmente o mapeamento envolve a cruza de um heterozigoto 
(onde a recombinação ocorre) com um homozigoto recessivo
• Isto resulta em progênies com genótipos que podem ser 
diretamente inferidos de seus fenótipos
• Se A B / a b é cruzado com a b / a b as progênies serão:
Genótipo Fenótipo Tipo Freqüência
a b / a b a b parental p/2A 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
RetrocruzamentoRetrocruzamento
“Retrocruzamento”“Retrocruzamento”
• 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
Exemplo 1Exemplo 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 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
6
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 ba B A b
Parental ParentalRecomb. Recomb.
Progênie resultante do retrocruzamento
Cruzamento teste
Exemplo 2Exemplo 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 BA B a b
Parental ParentalRecomb. Recomb.
Progênie resultante do retrocruzamento
Cruzamento teste a b
a b
Funções de mapeamentoFunções de mapeamento
• 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 de mapeamentoFunções de 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 a a
Funções de mapeamentoFunções de 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
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Funções de mapeamentoFunções 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
Distância entre os genesDistância entre os genes
• 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?
• 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 os genesDistância entre os genes
Qual a função correta?
Distância entre 2 genesDistância 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)
• Do retrocruzamento da F1 AaBbCc resultaram:
Como mapear 3 locos?Como mapear 3 locos?
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
8
B A C
Como mapear 3 locos?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
• 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:
Distância considerando 3 locosDistância considerando 3 locos
A C B
rAC = 17,9 cM rCB = 7,0 cM
rAB = 24,9 cM
A distância AB está correta?
• 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.
Distância considerando 3 locosDistância considerando 3 locos