Ligação génica

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Universidade Pedagógica
Pedrito Sabonete Iereva Quelimane
Email: psiereva@gmail.com CEAD - Mocuba 
Licenciatura em Ensino de Biologia
III Ano	 Genética Molecular e Biotecnologia
05/09/2016
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1. Ligação génica, Crossing – over e mapeamento genético 
Linkage: dois pares de genes localizados no mesmo par de cromossomos homólogos. Na ligação os genes estão fisicamente unidos a mesma estrutura.
Genes ligados: ocorrem quando dois ou mais genes estão localizados no mesmo cromossomo.
• Esses genes não sofrem segregação independente e permanecem juntos durante a formação dos gametas.
A. A relação entre linkage e meiose
B. Comparação Di-hibridismo/Linkage
A quantidade de gametas apresentará diferenças em relação ao diibridismo, já que a incidência do crossing over será fundamental.
Os Gâmetas Parentais são formados mesmo que não haja recombinação e aparecem em maior quantidade. Os Gâmetas Recombinantes são formados apenas se houver permuta e aparecem em menor quantidade.
2. Permuta ou crossing over: é o rearranjo de segmentos das cromatídeos entre cromossomos homólogos, gerando gametas diferentes dos parentais.
• Cromossomos em que não há recombinação produzem apenas gâmetas parentais.
• Cromossomos em que a recombinação ocorre, são produzidos tanto gâmetas parentais, quanto recombinantes.
Um único crossing over produz metade de gâmetas parentais e metade recombinantes
A proporção de gametas recombinantes produzidos, chamada de taxa de recombinação (T.R.) ou taxa de crossing, é maior quanto maior for a proporção de células que sofrem o crossing over, e corresponde sempre à metade da porcentagem de células que sofreram o crossing over.
i. Tipos de linkage
•Linkage total ou completo: quando não houver crossing over entre os genes em estudo, neste caso não haverá recombinação gênica. Ao final da gametogênese apenas gâmetas parentais serão formados.
• Linkage parcial ou incompleto: quando houver crossing over, neste caso há recombinação gênica. Ao final do processo de formação de gametas teremos gâmetas parentais e gâmetas recombinantes.
Ex: AaBb → AB (25%); Ab (25%); aB (25%); ab (25%).
Cromossomos diferentes. Genes não estão ligados. Obedecem à Segunda Lei de Mendel.
AaBb → AB (45%); Ab (5%); aB (5%); ab (45%).
Mesmo par de homólogos. Genes em linkage parcial. Ocorreu crossing over.
AaBb → AB (50%); ab (50%).
Mesmo par de homólogos. Genes em linkage total. Não ocorreu crossing over.
3. Recombinação 
 (
Posição CIS
: 2
 genes dominantes
 
ligados no mesmo cromossomo e 2 recessivos ligados no cromossomo homólogo.
)Heterozigotos cis e trans
 (
Posição TRANS
: 
heterozigoto 
com um
 gene dominante e um recessivo ligados ao mesmo cromossomo e outro dominante 
ligado ao outro recessivo no
 
cromossomo homólogo.
)
Estas posições também podem ser utilizadas para se definir quem são os gâmetas parentais e os recombinantes.
Como diferenciar ligação gênica de segregação independente?
Gametas formados por um individuo heterozigótico!
Dois modos de analisar os gâmetas:
1. Directamente: o problema fornece as percentagens entre os gâmetas formados pelo hibrido. 
a) Segregação independente: quatro tipos de gâmetas: 25%AB, 25%Ab, 25%aB, 25%ab
b) Ligação gênica sem permutação: dois tipos de gâmetas: 50%AB e 50%ab
c) Ligação gênica com permutação: quatro tipos de gametas.: 40%AB, 40%ab, 10%Ab, 10% Ab
2. Indirectamente: percentagens fenotípicas dos descendentes de um cruzamento entre diíbrido e duplo recessivo
Utilizando os caracteres “cor do corpo” e “tamanho das asas” das famosas moscas de Morgan, suponha um indivíduo heterozigoto para dois pares de alelos: PpVv. Caso ocorra crossing-over em 32% das células, temos:
– Dos 68% de células que não sofrem crossing-over, obtêm-se apenas gametas parentais: PV, 34% e pv, 34% (parentais);
– Dos 32% de células que sofrem crossing-over, temos 4 tipos de gametas: PV, 8%, pv, 8% (parentais), pV, 8% e Pv, 8% (recombinantes).
– Nesse caso, o indivíduo produz apenas 16% de gametas recombinantes, o que se refere à taxa de recombinação, ou seja, à metade da percentagem de células nas quais o crossing-over envolve esses dois pares de genes, ou seja, 32%. 
Estimativa da FR
• Frequência de Recombinação: soma das percentagens dos descendentes recombinantes em um cruzamento teste.
Freq Recombinação = 
• A frequência de recombinação é directamente proporcional a distância entre os genes.
A frequência de novas combinações nos diz se dois genes estão distantes ou próximos, e issopode ser usado para mapear as posições dos genes nos cromossomos.
Ex:
12,2% da prole exibem novas combinações resultantes do crossing over
Resolvendo problemas
Considere que 100 células germinativas entrem em meiose e que essas células tenham o seguinte genótipo:
a) Quantos e quais são os gametas formados por essas 100 células, supondo que não houve permutação ou crossing-over na meiose?
Cada célula forma, por meiose, 4 gametas, logo 100 células formarão 400 gametas, se não houver crossing-over, temos:
Interferência
É o grau no qual um crossing over interfere em crossings adicionais na mesma região.
4. Mapa cromossômico
É o arranjo linear de um grupo de genes ou marcadores ao longo dos cromossomos;
• Define o posicionamento dos genes ao longo do cromossomo. Tem como base a análise de ocorrência de recombinação gênica.
A. Distância entre os Genes
• A distância entre os genes é determinada pela FR entre os mesmos; ou seja a distância entre os genes é igual à taxa de recombinação.
B. Unidades de mapeamento
• Morgan: distância entre dois genes ao longo da qual se espera que ocorra um crossing over por gameta por geração.
•U. R (unidade de recombinação)
• 1 centiMorgan (cM) = 1% de recombinação 
• 1 centiMorgan (cM) = 0,01 Morgan
A sequência de genes neste cromossoma é b – d – c – a ou a – c – d – b; a taxa de permutação entre b e d é de 25%, entre b e c é 8%, entre b e a é 12%, entre d e c é 6%, entre d e a é 10% e entre c e a é de 4%
 (
Quanto mais
 distantes estão os genes maior a chance de ocorrência de 
crossing-over
, e consequentemente maior é o percentual de recombinação gênica
.
)
4.1. Construção de Mapas Cromossômicos
• Os mapas cromossômicos são construídos a partir da estimativa de distância entre os genes.
Exemplo: Em um cromossomo há a seguinte frequência de recombinação entre os genes A,B,C e D:
A-B → 45% A-C→ 20% C-B → 25%
B-D → 5% C-D → 20% A-D → 40%
Qual a posição dos genes no cromossomo?
4.2. Aplicações 
A principal utilidade de um mapa genético é possibilitar a previsão do resultado de cruzamentos envolvendo genes ligados.
1. Localizações dos genes que controlam características de importância econômica:
· Produção de grão;
· Altura de plantas;
· Teor de proteína; 
· Teor de proteína;
· Resistência a doenças;
2. Mapeamento comparativo (evolução dos genomas);
· Homologia de genes;
· Conservação das distâncias;
· Ordem dos genes;
· Clonagem de genes baseados no mapa
5. Bibliografia
GRIFFITHS, A. J. et al. Introdução à Genética. 9ª Edição. S. Paulo: Guanabara Koogan. 2008.
MISSIO. Permuta, ligação e Recombinação: Veterinária. Campus Palotina. 2007
THOMPSON & THOMPSON. Genética Médica. 6ª Edição. 
Biotecnologia: Engenharia genética
Conceito da biotecnologia e sua aplicação
Definição de engenharia genética
Tipos de células tronco, aplicação e classificação de células tronco
Biotecnologia: são tecnologias que incorporam seres vivos (ou seus produtos derivados) como elementos na produção industrial de bens e/ou serviços. O servivo pode ser parte de um processo e/ou um produto final. 
Biotecnologia envolve manipulação do processo biológico natural de microrganismos, plantas e animais. O homem tem se utilizado da biotecnologia há centenas de anos: feitio de pão, cerveja e queijo por exemplo. Entretanto, as modernas técnicas da biologia molecular, em particular a engenharia genética, têm apresentado novas possibilidades, principalmente a nível industrial.
 A inserção de genes de uma determinada espécie em outra não correlacionada, pode vir a melhorar esta última, que passa a apresentar determinadas características outrora não existentes. Produção de vacinas, melhora de características agronômicas de plantas e da qualidade dos animais de corte, por exemplo, perfazem um quadro das melhoras trazidas com a utilização da tecnologia do DNA recombinante ou da chamada engenharia genética.
A Criação do DNA Recombinante envolve a união de um fragmento de DNA a uma molécula maior, utilizando-se uma endonuclease de restrição (por exemplo a EcoRI, obtida da bactéria Escherichia coli) e a DNA ligase. A clivagem do DNA com a mesma enzima de restrição cria extremidades complementares adesivas que são unidaspela ação da DNA ligase. Desta forma, um fragmento de DNA pode ser inserido em uma molécula maior, que passa a ser recombinante. 
Assim, um determinado gene do genoma humano pode ser inserido no genoma de uma bactéria, por exemplo, e lá ser amplificado ou mesmo transcrito várias vezes. Com o desenvolvimento da biologia molecular e das técnicas de DNA recombinante, um novo universo de material genético, sem restrições de compatibilidade reprodutiva, tornou-se acessível ao melhoramento de plantas e animais. 
 Neste sentido a Engenharia Genética tem por metas a obtenção de plantas resistentes a pragas e doenças, com melhores qualidades nutritivas, adaptadas a determinadas características ambientais (frio, seca, salinidade), bem como tolerantes a agrotóxicos, possibilitando o aumento da produtividade, diminuição do uso de insumos e mão de obra, e expansão das fronteiras agrícolas. Fora do âmbito agrícola, a produção de compostos de interesse farmacológico em células ou plantas transgênicas é uma fronteira em início de exploração. E, sem menor importância, esta nova ciência constitui um instrumento sem precedentes noestudo da estrutura e expressão gênica.
•Engenharia genética é processo de produzir DNA modificado em um tubo de ensaio e reintroduzir esse DNA nos organismos hospedeiros.
•Engenharia genética pode ser definida como o conjunto de técnicas capazes de permitir a identificação, manipulação e multiplicação de genes dos organismos vivos; é a modificação de seres vivos pela manipulação direta do DNA, através da inserção ou deleção de fragmentos específicos.
Na engenharia genética, um gene ou, mais comumente, um conjunto de alguns genes, é retirado do ADN de um organismo e introduzido no ADN de outro organismo. 
Tecnicamente a engenharia genética é a inserção artificial de uma seqüência estranha de código genético no meio de uma seqüência ordenada do código genético de um receptor, que levou milhões de anos para evoluir. Além disso, construções genéticas artificiais poderosas são adicionadas tendo potencialmente efeitos problemáticos. Isto é uma profunda intervenção com consequências imprevisíveis. 
Engenharia genética e modificação genética são termos para o processo de manipulação dos genes num organismo, geralmente fora do processo normal reprodutivo deste.
O objectivo é de introduzir novas características num ser vivo para aumentar a sua utilidade, tal como aumentando a área de uma espécie de cultivo, introduzindo uma nova característica, ou produzindo uma nova proteína ou enzima. 
A engenharia genética possibilita: 
a) mapear o sequenciamento do genoma das espécies animais, incluindo o ser humano (Genoma Humano) e dos vegetais; 
b) a criação de seres clonados (copiados); 
c) desenvolver a terapia genética; 
d) produzir seres transgênicos.
Exemplos de produtos oriundos das técnicas de engenharia genética 
· A insulina. 
· Os interferonas. 
· A interleucina. 
Algumas proteínas do sangue: 
· A albumina. 
· O factor VIII. 
Alguns tipos de activadores das defesas orgânicas para o tratamento do câncer, como o factor necrosante de tumores 
Umas das mais conhecidas aplicações da engenharia genética são os organismos geneticamente modificados (OGM). 
Células-tronco 
Todo organismo pluricelular é composto por diferentes tipos de células. Entre as cerca de 75 trilhões de células existentes em um homem adulto, por exemplo, são encontrados em torno de 200 tipos celulares distintos. Todos eles derivam de células precursoras, denominadas "células-tronco". O processo de diferenciação, que gera as células especializadas - da pele, dos ossos e cartilagens, do sangue, dos músculos, do sistema nervoso e dos outros órgãos e tecidos humanos - é regulado, em cada caso, pela expressão de genes específicos na célula-tronco, mas ainda não se conhece em detalhes como isso ocorre e que outros fatores estão envolvidos. 
Compreender e controlar esse processo é um dos grandes desafios da ciência na atualidade. O exemplo mais típico de célula-tronco é o óvulo fertilizado (zigoto). Essa única célula é capaz de gerar todos os tipos celulares existentes em um organismo adulto, até os gametas - óvulos e espermatozóides - que darão origem a novos zigotos (figura). A incrível capacidade de gerar um organismo adulto completo a partir de apenas uma célula tem fascinado os biólogos desde que o fisiologista alemão Theodor Schwann (1810-1882) lançou, em 1839, as bases da teoria celular.
Definição: Célula-tronco é uma célula que se divide, em geral assimetricamente, para dar origem a duas células diferentes da prole. Uma célula da prole e um blastócito como a célula parental e a outra é uma célula que entra em uma via de diferenciação. Desse modo, uma célula de propagação contínua pode manter-se e gerar células diferenciadas. 
Classificação 
As células tronco podem ser classificadas em dois grupos: 
· Células-tronco embrionárias e 
· Células-tronco do adulto, específicas para cada órgão ou tecido. 
a) Células-tronco embrionárias (ES): são linhagens celulares cultivadas que são estabelecidas de embriões bem iniciais e são essencialmente totipotentes. Isto é, essas células podem ser implantadas em um embrião hospedeiro e povoar muitos dos ou todos os tecidos do animal em desenvolvimento, incluindo, sobretudo, a linhagem germinativa. São retiradas de células germinativas embrionárias de fetos entre a 5ª e a 9ª semana de desenvolvimento.
As manipulações dessas células ES são amplamente usadas em genética de camundongos para produzir nocautes génicos direccionados.
As embrionárias caracterizam-se pela sua capacidade ampla de originar as demais células do organismo e podem ser obtidas de três formas distintas. A maioria das linhagens de células embrionárias disponíveis é derivada de embriões em fase muito inicial de desenvolvimento, uma técnica desenvolvida por J. Thomson.
Fonte: Sónia Lopes. Biologia, volume único.
Células-tronco embrionárias: Essas células são conhecidas pela sigla ES, do inglês embryonic stem cells (células tronco embrionárias), e são denominadas pluripotentes/totipotentes, pois podem proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas também podem se diferenciar se forem modificadas as condições de cultivo. Têm sobre as pós-natais a vantagem de serem pluripotentes - podem dar origem a qualquer célula humana (com exceção da placenta). São obtidas de um nó ou botão embrionário que se forma no interior do blastocisto, fase anterior à implantação no útero em que o embrião de três a cinco dias tem formato esférico e cerca de 150 células no total. Extraída a massa interior, ela podeser cultivada no laboratório e dar início a diferentes linhagens, pois células-tronco embrionárias têm a capacidade de se multiplicar indefinidamente.
b) Células - tronco adultas/multipotentes: é uma célula indiferenciada encontrada entre as células diferenciadas de um tecido ou órgão. Seu papel em um organismo é manter e reparar o tecido em que se encontram. Actualmente, o termo células-tronco adultas vem sendo substituído por células-tronco somáticas.
Vantagens do uso das células totipotentes embrionárias vs células multipotentes adultas
· Obtenção de um numero maior de tipos celulares do que no uso da célula-tronco adulta.
· Maior facilidade no controle do crescimento e da diferenciação em comparação com a célula-tronco adulta;
· Maior abundancia em relação à célula-tronco adulta e, consequentemente, maior facilidade de isolamento;
· Possibilidade de utilização do conhecimento advindo da experimentação com células-tronco pluripotentes embrionárias de animais;
· Pesquisas com células-tronco pluripotentes embrionárias podem acelerar o desenvolvimento das técnicas com células-tronco adultas. 
5. Bibliografia
GRIFFITHS, A. J. et al. Introdução à Genética. 9ª Edição. S. Paulo: Guanabara Koogan. 2008.
MISSIO. Permuta, ligação e Recombinação: Veterinária. Campus Palotina. 2007
DEL CARLO, Ricardo Junqueira. Medicina Regenerativa: Revista CFMV – Brasilia/DF – Ano XI – No 35 Maio/Junho/Agosto. 2005.
THOMPSON & THOMPSON. Genética Médica. 6ª Edição.