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2019 Genética Prof. Dr. Alexis Trott Copyright © UNIASSELVI 2019 Elaboração: Prof. Dr. Alexis Trott Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. Impresso por: T858g Trott, Alexis Genética. / Alexis Trott. – Indaial: UNIASSELVI, 2019. 213 p.; il. ISBN 978-85-515-0261-7 1.Genética - Brasil. II. Centro Universitário Leonardo Da Vinci. CDD 575.1 III apresentação Olá, acadêmico! Vamos iniciar os estudos do Livro de Estudos de Genética. Este livro está dividido em três unidades e tem o intuito de apresentar e reforçar diferentes temas de Genética. As pesquisas em Genética têm avançado rapidamente, pois atualmente dispomos de técnicas extremamente avançadas para os estudos do DNA, RNA e proteínas. Este livro procura aliar os conceitos fundamentais da Genética e as novas informações obtidas por pesquisas avançadas. Assim, este livro traz conteúdos de Genética gerais para você estar bem preparado para o Enade e também para o campo profissional desejado. Podemos começar esta fantástica viagem pelo universo da Genética? Na primeira unidade, estudaremos os princípios da hereditariedade, com foco na Genética Clássica. Uma base sólida é fundamental para o entendimento dos avanços atuais em Genética. Nesta unidade, estudaremos as leis de Mendel e suas extensões, bem como as bases cromossômicas do Mendelismo e o Mapeamento Gênico. A segunda unidade nos traz os conhecimentos acerca da Genética Molecular, desde a estrutura dos ácidos nucleicos, passando pelo dogma central da Genética Molecular, até as técnicas e principais avanços no campo da engenharia genética. Caro acadêmico, a partir destes conhecimentos, poderemos estudar, na terceira unidade, a genética humana e médica. Neste segmento do livro, abordaremos as questões genéticas pertinentes à espécie humana, bem como os estudos das doenças genéticas e seus diagnósticos. Abordaremos ainda os aspectos éticos concernentes aos estudos, procedimentos e pesquisas neste importante campo da ciência. Esperamos que este estudo possa auxiliá-lo na compreensão da genética em seus variados temas. Desta forma, você estará preparado para o Enade e para as suas futuras atividades profissionais, principalmente na área de Ciências Biológicas e Saúde. Bons estudos! Prof. Dr. Alexis Trott, Ph.D. IV Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! NOTA V VI VII UNIDADE 1 – PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE ................................................................. 1 TÓPICO 1 – LEIS DE MENDEL ............................................................................................................ 3 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 3 2 CRUZAMENTOS MONO-HÍBRIDOS – DOMINÂNCIA E SEGREGAÇÃO ......................... 4 3 CRUZAMENTOS DI-HÍBRIDOS – DISTRIBUIÇÃO INDEPENDENTE ................................ 7 RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 12 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 13 TÓPICO 2 – EXTENSÕES DO MENDELISMO ................................................................................ 15 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 15 2 DOMINÂNCIA INCOMPLETA E CODOMINÂNCIA ................................................................ 15 3 ALELOS MÚLTIPLOS ......................................................................................................................... 17 4 GENÉTICA QUANTITATIVA ........................................................................................................... 18 5 A RELAÇÃO ENTRE OS GENES E AS PROTEÍNAS ................................................................... 20 6 EFEITOS AMBIENTAIS NA EXPRESSÃO DOS GENES ............................................................ 20 7 PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE ............................................................................................ 21 8 INTERAÇÕES GÊNICAS ................................................................................................................... 22 9 EPISTASIA ............................................................................................................................................. 23 10 PLEIOTROPIA .................................................................................................................................... 25 11 ENDOGAMIA ..................................................................................................................................... 26 RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 28 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 29 TÓPICO 3 – BASES CROMOSSÔMICAS DO MENDELISMO .................................................... 31 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 31 2 OS CROMOSSOMOS ......................................................................................................................... 31 3 GENES LIGADOS AO SEXO EM HUMANOS .............................................................................. 33 4 DETERMINAÇÃO DO SEXO ............................................................................................................ 35 5 COMPENSAÇÃO DE DOSE DE GENES LIGADOS AO X ......................................................... 37 6 POLIPLOIDIA E ANEUPLOIDIA ..................................................................................................... 37 7 ALTERAÇÕES ESTRUTURAIS DOS CROMOSSOMOS .......................................................... 38 RESUMO DO TÓPICO 3........................................................................................................................ 43 AUTOATIVIDADE .................................................................................................................................45 TÓPICO 4 – MAPAS CROMOSSÔMICOS ........................................................................................ 47 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 47 2 LIGAÇÃO, RECOMBINAÇÃO E CROSSING-OVER ................................................................... 47 3 MAPEAMENTO CROMOSSÔMICO .............................................................................................. 48 4 MAPEAMENTO CITOGENÉTICO .................................................................................................. 51 5 RECOMBINAÇÃO E EVOLUÇÃO ................................................................................................... 52 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 54 RESUMO DO TÓPICO 4........................................................................................................................ 56 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 58 sumário VIII UNIDADE 2 – GENÉTICA MOLECULAR ......................................................................................... 59 TÓPICO 1 – OS ÁCIDOS NUCLEICOS E A CROMATINA........................................................... 61 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 61 2 ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLEICOS .............................................................. 62 3 ESTRUTURA CROMOSSÔMICA EM PROCARIOTOS E EUCARIOTOS ............................. 72 4 GENES E GENOMAS .......................................................................................................................... 76 5 ELEMENTOS GENÉTICOS MÓVEIS .............................................................................................. 79 RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 81 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 83 TÓPICO 2 – TRANSMISSÃO E MANUTENÇÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA .............. 85 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 85 2 REPLICAÇÃO DO DNA ..................................................................................................................... 86 3 TRANSCRIÇÃO E PROCESSAMENTO DE RNA ........................................................................ 96 4 TRADUÇÃO E O CÓDIGO GENÉTICO ......................................................................................... 105 5 MUTAÇÃO E REPARO DO DNA ..................................................................................................... 112 6 CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS .................................................. 116 7 CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS ..................................................... 119 8 GENÔMICA E O PROJETO GENOMA HUMANO ..................................................................... 121 RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 122 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 124 TÓPICO 3 – TÉCNICAS DE BIOLOGIA MOLECULAR ................................................................ 127 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 127 2 IDENTIFICAÇÃO, AMPLIFICAÇÃO E CLONAGEM DE GENES ........................................... 128 3 BIBLIOTECAS DE DNA ..................................................................................................................... 138 4 BIOINFORMÁTICA ............................................................................................................................ 139 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 141 RESUMO DO TÓPICO 3........................................................................................................................ 147 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 148 UNIDADE 3 – GENÉTICA MÉDICA .................................................................................................. 151 TÓPICO 1 – HERANÇA E DOENÇAS GENÉTICAS EM HUMANOS ........................................ 153 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 153 2 HERANÇA GENÉTICA ....................................................................................................................... 153 3 DOENÇAS GENÉTICAS EM HUMANOS ..................................................................................... 157 RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 162 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 163 TÓPICO 2 – CITOGENÉTICA HUMANA ......................................................................................... 165 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 165 2 CITOGENÉTICA HUMANA ............................................................................................................. 165 3 MITOSE – DIVISÃO CELULAR EQUACIONAL .......................................................................... 167 4 MEIOSE – DIVISÃO CELULAR REDUCIONAL ......................................................................... 169 5 CROMOSSOMOPATIAS .................................................................................................................... 171 RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 182 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 183 TÓPICO 3 – GENÉTICA MÉDICA NA ERA DA GENÔMICA ..................................................... 185 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 185 IX 2 BASES GENÉTICAS DO CÂNCER .................................................................................................. 186 3 TERAPIA GÊNICA ............................................................................................................................... 191 4 FARMACOGENÔMICA E NUTRIGENÔMICA ........................................................................... 193 5 DIAGNÓSTICOS MOLECULARES DE DOENÇAS GENÉTICAS ........................................... 194 6 HEREDOGRAMAS .............................................................................................................................. 199 7 ÉTICA E GENÉTICA ............................................................................................................................ 202 8 DIVERSIDADE DO GENOMA E EVOLUÇÃO ............................................................................. 203 LEITURA COMPLEMENTAR ...............................................................................................................205 RESUMO DO TÓPICO 3........................................................................................................................ 207 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 209 REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................... 213 X 1 UNIDADE 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de: • compreender as bases da genética clássica; • fornecer as condições necessárias para analisar, através dos princípios básicos da Genética, o porquê das semelhanças e das diferenças entre os indivíduos em cruzamentos experimentais, em famílias e nas populações; • possibilitar o desenvolvimento do raciocínio crítico e interpretação do de- senvolvimento científico na área da genética. Esta unidade está dividida em quatro tópicos. No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado. TÓPICO 1 – LEIS DE MENDEL TÓPICO 2 – EXTENSÕES DE MENDELISMO TÓPICO 3 – BASES CROMOSSÔMICAS DE MENDELISMO TÓPICO 4 – MAPAS CROMOSSÔMICOS 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 LEIS DE MENDEL 1 INTRODUÇÃO A origem da genética está baseada nos trabalhos de Gregor Mendel (1822-1844), um monge austríaco do século XIX. Mendel estudou a herança de diferentes características em ervilhas, cultivadas em um jardim do mosteiro onde vivia. A redescoberta dos trabalhos de Mendel, no século XX, deflagrou uma série de estudos sobre a genética de animais, vegetais e de microrganismos, sendo que hoje compreendemos os fatores hereditários responsáveis por nossas características, os chamados genes. A herança genética sempre despertou muita curiosidade, e as descobertas científicas sobre os genomas de diferentes organismos têm apresentado um importante impacto na sociedade atual. Os padrões de herança genética e o funcionamento do genoma podem explicar a determinação das características dos indivíduos, e também ajudar a entender outras questões, como a origem da vida. Com o desenvolvimento das técnicas de Biologia Molecular e manipulação genética, atualmente temos um desenvolvimento científico e tecnológico admirável, que nos influencia enormemente, como na saúde, por exemplo. Os assuntos em genética podem ser muitas vezes polêmicos, entretanto, é evidente que os benefícios proporcionados por essas descobertas e pelos avanços tecnológicos são mais importantes que as polêmicas levantadas, embora os aspectos éticos sejam considerados extremamente importantes em tal desenvolvimento. Todo o conhecimento em genética, obtido por mais de cem anos, tem gerado uma revolução no modo de vida atual de nossa sociedade. A expectativa atual é que a capacidade de interferir no genoma celular possa se tornar realidade em processos de terapia na Medicina, sendo que novas e promissoras abordagens de terapia gênica podem revolucionar a área da saúde. UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 4 2 CRUZAMENTOS MONO-HÍBRIDOS – DOMINÂNCIA E SEGREGAÇÃO Caro acadêmico, primeiramente, devemos entender que Mendel, em seus estudos com ervilhas, trabalhou com uma característica de cada vez, evitando desorientação com as possíveis combinações de resultados que poderiam surgir ao considerar várias características ao mesmo tempo. Em um experimento, Mendel realizou a fertilização cruzada, ou cruzamento, de ervilhas altas e anãs para investigar a herança da altura (Figura 1). Gregor Mendel retirou as anteras de uma variedade e depositou pólen da outra variedade sobre seu estigma, órgão na parte superior do pistilo que conduz ao ovário. As sementes produzidas pelos cruzamentos foram cultivadas, produzindo híbridos uniformemente altos. Mendel observou, portanto, o aparente desaparecimento da característica anã na prole do cruzamento, pois todas as plantas híbridas eram altas. A fim de analisar a constituição hereditária desses híbridos altos, Mendel promoveu a autofertilização nos mesmos. Ao examinar a prole resultante da autofertilização dos híbridos altos, constatou a presença de plantas altas e anãs. Das 1.064 ervilhas da prole, 787 eram altas e 277 eram anãs, uma razão aproximada de 3:1. Portanto, Mendel observou o reaparecimento da característica anã. As plantas híbridas produzidas no cruzamento das variedades alta e anã eram capazes de produzir plantas anãs. Mendel deduziu que esses híbridos tinham um fator genético latente para nanismo, mascarado pela expressão de outro fator para a altura elevada, e considerou que o fator latente era recessivo e que o fator expresso era dominante. Também inferiu que esses fatores recessivo e dominante se separaram quando as plantas híbridas se reproduziram, explicando o reaparecimento da característica anã na geração seguinte. TÓPICO 1 | LEIS DE MENDEL 5 FIGURA 1 – CRUZAMENTOS DE MENDEL PARA VARIEDADES ALTA E ANÃ DE ERVILHAS FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p. ) UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 6 Mendel fez outros experimentos para estudar a herança de seis outras características: textura da semente, cor da semente, formato da vagem, cor da vagem, cor da flor e posição da flor. Em cada cruzamento mono-híbrido, Mendel observou que apenas uma das duas características contrastantes aparecia nos híbridos e que a autofertilização desses híbridos produzia dois tipos de prole, apresentando novamente as características do cruzamento mono-híbrido, sempre em uma razão de 3:1, por exemplo, ao estudar a textura das sementes, os híbridos por autofertilização apresentaram um resultado com 5.474 lisas e 1.850 rugosas, totalizando 7.324 ervilhas. Assim, cada característica estudada por Mendel parecia ser controlada por um fator hereditário existente em duas formas, uma dominante e outra recessiva. Esses fatores agora são denominados genes. As formas dominante e recessiva dos genes são denominadas alelos, ou seja, os alelos são formas alternativas de um gene. As variedades geneticamente puras, alta e anã, são homozigotas para diferentes alelos de um gene que controla a altura da planta. O alelo recessivo para o nanismo é simbolizado por d; o alelo para a altura elevada é dominante e simbolizado pela letra maiúscula D. Portanto, as linhagens de ervilhas alta e anã são simbolizadas por DD e dd, respectivamente, sendo ambos homozigotos, pois apresentam o mesmo alelo (Figura 2). Um indivíduo com ambos os alelos (Dd) é dito heterozigoto. A constituição alélica de cada linhagem é seu genótipo. No entanto, a aparência de cada linhagem, alta ou anã, é seu fenótipo. FIGURA 2 – REPRESENTAÇÃO DO CRUZAMENTO ENTRE ERVILHAS ALTAS E ANÃS FONTE: Snustad, Simmon (2017, s.p. ) TÓPICO 1 | LEIS DE MENDEL 7 Como linhagens parentais, as ervilhas alta e anã constituem a geração P. A prole híbrida é denominada primeira geração filial, ou F1. Como cada genitor contribui igualmente para a prole, o genótipo das plantas F1 é Dd, ou seja, são heterozigotas para os alelos do gene que controla a altura. O fenótipo é igual ao da linhagem parental DD, porque D é dominante em relação a d. Durante a meiose, na produção dos gametas, as plantas da F1 produzem dois tipos de gametas, D e d, em iguais proporções, ou um processo de segregação de alelos. Depois da autofertilização, os dois tipos de gametas produzidos por heterozigotos podem se unir de todas as maneiras possíveis. Assim, eles produzem quatro tipos de zigotos (DD, Dd, dD e dd). Entretanto, D é dominante sobre d, e três desses genótipos têm o mesmo fenótipo. Desta forma, na geração denominada F2, as plantas são altas ou anãs, em uma razão de 3:1. Caro acadêmico, os resultados observados por Mendel podem ser explicados da seguinte forma: • Cada indivíduo possui um par de alelos responsável pelo aparecimento de uma determinada característica. • Os alelos sãorecebidos dos indivíduos paterno e materno, sendo que cada um contribui com um alelo. • Quando um indivíduo apresenta dois alelos diferentes, pode ocorrer o aparecimento de uma única característica (alelo dominante) e a outra não (alelo recessivo). Estamos falando do princípio da dominância: em um heterozigoto, um alelo pode ocultar a presença de outro. Alguns alelos determinam o fenótipo, mesmo quando estão presentes em cópia única. • Na formação dos gametas, os alelos aparecem em dose simples, em que cada gameta apresenta apenas um alelo. No processo de segregação, em um heterozigoto, dois alelos diferentes segregam-se um do outro durante a formação dos gametas. Esta última conclusão é conhecida como primeira lei de Mendel. Cada caráter é condicionado por um par de alelos segregados na formação dos gametas. 3 CRUZAMENTOS DI-HÍBRIDOS – DISTRIBUIÇÃO INDEPENDENTE Prezado acadêmico, Mendel foi mais longe em seus estudos e também fez experimentos com plantas que diferiam em duas características. Gregor Mendel cruzou plantas que produziam sementes amarelas e lisas com plantas que produziam sementes verdes e rugosas, o que chamamos agora de cruzamento di-híbrido, pois envolve duas características (Figura 3). Ele queria descobrir se a herança das duas características da semente, cor e textura, era independente ou não. A geração F1 mostrou apenas sementes amarelas e lisas, portanto, os alelos para UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 8 essas duas características eram dominantes. Mendel permitiu a autofertilização destas plantas e classificou as sementes da F2 segundo o fenótipo, observando-se uma clara distribuição fenotípica de 9:3;3;1, como pode ser verificado na Figura 3. FIGURA 3 – CRUZAMENTOS ENTRE ERVILHAS DE SEMENTES AMARELAS E LISAS E ERVILHAS DE SEMENTES VERDES E RUGOSAS FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p. ) As quatro classes fenotípicas na F2 representam todas as combinações possíveis das características de cor e textura. As quatro classes têm a seguinte razão aproximada: • 9 amarelas e lisas • 3 verdes e lisas • 3 amarelas e rugosas • 1 verde e rugosa O que ficou claro neste estudo de Mendel é que cada característica era controlada por um gene diferente com dois alelos, e os dois genes tinham herança independente. Agora, acadêmico, podemos analisar os resultados desse cruzamento di-híbrido, designando cada gene por uma letra (Figura 4). Os dois alelos do gene da cor da semente são g (verde) e G (amarela), e os alelos do gene da textura da semente são w (rugosa) e W (lisa). As linhagens parentais devem ser duplamente homozigotas, ou seja, plantas com sementes amarelas e lisas são GG WW e plantas com sementes verdes e rugosas são gg ww. Os gametas haploides produzidos por uma planta diploide contêm uma cópia de cada gene, como já vimos anteriormente no cruzamento mono-híbrido. Desta forma, os gametas de uma planta GG WW contêm obrigatoriamente os alelos G e W. Já uma planta gg ww apresenta gametas com os alelos g e w. A fertilização cruzada desses dois tipos de gametas gera híbridos F1 duplamente heterozigotos (Gg Ww), e o fenótipo de sementes amarelas e lisas indica que os alelos G e W são dominantes. TÓPICO 1 | LEIS DE MENDEL 9 O princípio da segregação independente prevê que os híbridos da F1 produzam gametas com quatro genótipos diferentes: G W, G w, g W e g w, com a mesma frequência. Considerando tal pressuposto, a autofertilização na F1 produz um conjunto de 16 genótipos zigóticos. Podemos verificar os possíveis zigotos por combinação sistemática dos gametas, como mostra a Figura 4. FIGURA 4 – REPRESENTAÇÃO DO CRUZAMENTO DI-HÍBRIDO DE MENDEL FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p.) UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 10 Prezado acadêmico, a partir desses estudos, foi enunciada a segunda lei de Mendel ou lei da segregação independente. Ao considerar um cruzamento, envolvendo duas ou mais características, os alelos de ambos os genes são segregados de forma independente durante a formação dos gametas que se recombinam ao acaso e formam todas as combinações possíveis na geração de zigotos. Caso se conheça a base genética de uma característica, pode-se usar os princípios de Mendel para prever os resultados dos cruzamentos. Quando temos que analisar uma situação, envolvendo um ou dois genes, é possível incluir todos os gametas e combiná-los para gerar arranjos de genótipos zigóticos. Pode-se, ainda, usar o Princípio da Dominância para determinar os fenótipos associados. Esse procedimento é conhecido como método do quadrado de Punnett. Nós o utilizamos para analisar o resultado zigótico do cruzamento com híbridos da F1 de sementes amarelas e lisas de Mendel (Figura 4). Em situações mais complexas com mais de dois genes, torna-se, no entanto, mais complicado e trabalhoso utilizar o método de Punnett. Um método alternativo e mais rápido que o método do quadrado de Punnett baseia-se no princípio da probabilidade. Na segregação de Mendel, quando um heterozigoto produz gametas; metade deles contém um alelo e metade, o outro. Deste modo, a probabilidade de que determinado gameta apresente o alelo dominante é de 50% (1/2), e a probabilidade de que contenha o alelo recessivo também é de 50% (1/2). Essas probabilidades são as frequências de ambos os gametas produzidos pelo heterozigoto. Nesse cruzamento, os gametas serão combinados aleatoriamente para produzir a geração seguinte. Caro acadêmico, para ilustrar e entendermos melhor uma análise por probabilidades, vamos verificar um cruzamento entre heterozigotos para um determinado gene, Aa × Aa (Figura 5). A chance de que o zigoto seja AA é simplesmente a probabilidade de que cada um dos dois gametas que se unem contenha A, ou (1/2) × (1/2) = (1/4). A chance de um homozigoto aa também é de ¼, pois o princípio é o mesmo. No entanto, a chance de um heterozigoto Aa é de 1/2 porque existem dois modos de produzir um heterozigoto, pois A pode vir do gameta feminino e o alelo recessivo a pode vir do gameta masculino, ou vice-versa. A chance de ocorrência de cada um desses eventos é de um quarto, e a probabilidade total de que um filho seja heterozigoto é (1/4) + (1/4) = (1/2). Portanto, caro acadêmico, obtemos a seguinte distribuição de probabilidade dos genótipos obtidos por cruzamento de Aa × Aa: AA = ¼ Aa = ½ AA = ¼ TÓPICO 1 | LEIS DE MENDEL 11 FIGURA 5 – CRUZAMENTO APRESENTANDO O MÉTODO DA PROBABILIDADE NO CONTEXTO DE UM QUADRADO DE PUNNETT FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p.) A frequência de cada genótipo do cruzamento é obtida a partir das frequências no quadrado de Punnett que, por sua vez, são obtidas por multiplicação das frequências dos dois tipos de gametas produzidos pelos genitores heterozigotos. 12 Neste tópico, você aprendeu que: • Mendel estudou a herança de diferentes características em ervilhas, sendo que cada característica é controlada por um gene diferente e seus alelos. • A partir de seus achados científicos, Mendel postulou que os alelos de um gene são dominantes ou recessivos, que os diferentes alelos de um gene segregam- se durante a formação dos gametas e que os alelos de diferentes genes são distribuídos de modo independente. • Através da utilização do quadrado de Punnett podemos prever o resultado de um cruzamento, verificando os genótipos produzidos. Quando analisamos cruzamentos com a participação de mais de dois genes, o método da probabilidade para prever o resultado de um cruzamento é mais indicado. RESUMO DO TÓPICO 1 13 1 Determine as proporções genotípicas e fenotípicas resultantes dos cruzamentos propostos a seguir. (“a” é o alelo recessivo para albinismo, já “A” é o alelo normal para pigmentação da pele). a) Aa x Aa. b) Aa x aa. c) AA x aa. d) AA x AA. e) aa x aa. 2 Ao afirmarmos que um gameta é heterozigoto para um determinado gene, estamos claramente cometendo um erro. Por que tal afirmação é incorreta? 3 Ao considerar dois genes transmitidos de forma independente,herança dominante e bialelismo, num cruzamento di-híbrido entre dois indivíduos duplo heterozigotos, teremos como resultado a proporção fenotípica de: a) ( ) 1:2:1 b) ( ) 1:2:2:1 c) ( ) 1:3:3:1 d) ( ) 3:9:3 e) ( ) 9:3:3:1 4 A fibrose cística e a miopia são causadas por genes autossômicos recessivos. Uma mulher míope e normal para fibrose cística casa-se com um homem normal para ambas as características, porém filho de pai míope. A primeira criança nascida foi uma menina de visão normal, mas com fibrose cística. Considerando que a probabilidade de um casal ter uma menina é de ½, defina a probabilidade de o casal ter outra menina, porém normal para ambas as características. a) ( ) 3/8. b) ( ) 1/4. c) ( ) 3/16. d) ( ) 3/4. e) ( ) 1/8. AUTOATIVIDADE 14 15 TÓPICO 2 EXTENSÕES DO MENDELISMO UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Caro acadêmico, os trabalhos de Mendel apresentaram resultados, mostrando que os genes podem existir em formas alternativas, e cada forma alternativa nós chamamos de alelo. Para cada uma das características estudadas em ervilhas, Mendel identificou dois alelos, um dominante e o outro recessivo. Entretanto, as pesquisas subsequentes aos experimentos de Mendel mostraram que os genes podem apresentar mais de dois alelos em determinados casos, e cada alelo pode ter um efeito diferente no fenótipo. Mendel estabeleceu, em 1865, os princípios básicos da hereditariedade, o que resultou na primeira e segunda Lei de Mendel. Segundo as regras mendelianas clássicas, cada caráter seria governado por um gene e cada gene teria dois alelos, um de efeito dominante e o outro recessivo. Na geração F2 isso resultaria em uma proporção fenotípica clássica de 3:1. No entanto, se dois caracteres mendelianos fossem estudados em conjunto, na F2 teríamos uma proporção fenotípica 9:3:3:1. Com os novos estudos, mostrou-se que as proporções mendelianas clássicas não eram únicas. Portanto acadêmico, dessa forma, podemos entender que o termo extensão à genética mendeliana se refere aos padrões de herança que complementam aqueles que foram descobertos por Gregor Mendel, e vamos estudar os mesmos a partir de agora. 2 DOMINÂNCIA INCOMPLETA E CODOMINÂNCIA Quando um organismo apresenta um genótipo heterozigoto para um determinado gene, o fenótipo apresentado é conferido pelo alelo dominante, considerando um padrão de herança dominante. Um alelo é dominante se tiver o mesmo efeito fenotípico em heterozigotos e homozigotos. No entanto, em alguns casos, o heterozigoto tem fenótipo diferente dos dois homozigotos. Um exemplo disso é quando temos uma dominância incompleta de um alelo sobre outro, originando a cor da flor boca-de-leão, Antirrhinum majus. As variedades UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 16 vermelha e branca são homozigotas para diferentes alelos de um gene para cor. Ao cruzarmos tais variedades, uma planta heterozigota com flores cor-de-rosa é produzida. Nesse caso, caro acadêmico, temos o alelo para cor vermelha W com dominância incompleta em relação ao alelo para cor branca w. Entendemos que a intensidade da pigmentação nessa espécie depende da quantidade de um produto especificado produzido pelo alelo W do gene da cor (Figura 6). Considerando que o alelo W especifica a produção desse produto e o alelo w não, homozigotos WW terão o dobro do produto em relação a heterozigotos Ww e, claro, cor mais intensa. Nesse caso, podemos dizer que o alelo parcialmente dominante W é semidominante. FIGURA 6 – DOMINÂNCIA INCOMPLETA NA EXPRESSÃO DO FENÓTIPO DA COR DA FLOR BOCA-DE-LEÃO FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p.) Caro acadêmico, podemos também imaginar que os dois alelos de um determinado gene se expressem em um heterozigoto? Caso tenha pensado positivamente, você está correto. Chamamos de codominância quando um heterozigoto tem características observadas nos dois homozigotos associados. Como exemplos, temos os tipos sanguíneos humanos, antígenos presentes nas células vermelhas do sangue, identificados por testes do tipo antígeno-anticorpo. Os anticorpos, produzidos pelo sistema imune, reconhecem antígenos específicos. Quando estudamos o sistema MN em humanos, observamos que o soro anti-M reconhece apenas o antígeno M em células sanguíneas, já o soro anti-N reconhece apenas o antígeno N nessas células. Quando ocorre a reação antígeno-anticorpo no teste de tipagem sanguínea, as células aglomeram-se em uma reação de aglutinação. Portanto, a análise de aglutinação das células com diferentes soros possibilita a identificação dos antígenos presentes e, portanto, o tipo sanguíneo. O sistema MN em humanos, em que temos a produção de antígenos M e N, é determinado por um gene com dois alelos. Homozigotos para o alelo M produzem apenas o antígeno M e homozigotos para o alelo N, somente o antígeno N. No entanto, heterozigotos para os dois alelos produzem os dois tipos de antígenos, sendo codominantes. Os alelos codominantes são representados por sobrescritos no símbolo do gene. Deste modo, o alelo do antígeno M é LM e o alelo do antígeno N é LN. O L é uma TÓPICO 2 | EXTENSÕES DO MENDELISMO 17 homenagem a Karl Landsteiner (1868-1943), o descobridor da tipagem sanguínea. Resumindo, observamos o seguinte: Genótipo Tipo Sanguíneo LM LM M LM LN MN LN LN N 3 ALELOS MÚLTIPLOS A partir de diferentes estudos em genética, foram identificados vários genes que apresentam mais de dois alelos como forma alternativa dos mesmos. Vamos estudar aqui dois exemplos clássicos de alelos múltiplos: alelos múltiplos que controlam a cor da pelagem em coelhos e o sistema ABO, em humanos. Um exemplo muito conhecido de um gene com alelos múltiplos é o que determina a cor da pelagem em coelhos. O gene determinante da cor apresenta os seguintes alelos e fenótipos: • Ca (albino) • Ch (himalaio) • Cch (chinchila) • C+ (selvagem ou aguti) Na condição homozigota, cada alelo tem um efeito característico sobre a cor da pelagem. Como a maioria dos coelhos em populações selvagens é homozigota para o alelo C+, ele é denominado tipo selvagem, mas também é denominado de aguti. Os quatro alelos do gene C em coelhos podem ser combinados para produzir diferentes heterozigotos. Esses heterozigotos tornam possível estudar as relações de dominância entre os alelos. O alelo selvagem é totalmente dominante em relação a todos os outros alelos na série; o alelo chinchila é dominante em relação aos alelos himalaia e albino, e o alelo himalaia é dominante em relação ao alelo albino. Portanto, entre esses alelos ocorre interação de dominância, como segue: C+ > Cch > Ch > Ca. Caro acadêmico, a seguir podemos verificar os possíveis genótipos para cada tipo de pelagem em coelhos. Genótipo Fenótipo C+C+, C+Cch, C+Ch, C+Ca Selvagem ou aguti CchCch, CchCh, CchCa Chinchila ChCh e ChCa Himalaia CaCa Albino UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 18 Outro exemplo de alelos múltiplos vem do gene responsável pelo sistema ABO em humanos. A tipagem sanguínea do sistema ABO envolve reações imunológicas. Os tipos A, B, AB e O são identificados pelo teste de uma amostra de sangue com diferentes soros. Um soro detecta o antígeno A e outro, o antígeno B. Quando as hemácias têm apenas o antígeno A, o sangue é tipo A; quando têm apenas o antígeno B, o sangue é tipo B. Quando os dois antígenos estão presentes, o sangue é tipo AB, e quando não há antígeno, é tipo O. O gene responsável pela produção dos antígenos A e B é designado pela letra I, apresentando três alelos: IA, IB e i. O alelo IA produz do antígeno A e o alelo IB a produção do antígeno B, no entanto, o alelo i não especifica antígeno. A partir dos três alelos já descritos, temos seis genótipos possíveis e quatro fenótipos – os tipos sanguíneos A, B, AB e O. No sistema ABO, os alelos IA e IB são codominantes, pois ambos são expressos nos heterozigotos IAIB, e o alelo i é recessivo em relação aos alelos IA e IB. Prezado acadêmico, vamos resumiras informações sobre a genética do sistema ABO, no esquema a seguir: Genótipo Fenótipo (Tipo Sanguíneo) Antígeno A Antígeno B IAIA e IAi A Sim Não IBIB e IBi B Não Sim IAIB AB Sim Sim ii O Não Não 4 GENÉTICA QUANTITATIVA A herança quantitativa ou poligênica é um tipo de interação gênica na qual dois ou mais genes apresentam seus efeitos somados, em relação a uma determinada característica, gerando fenótipos com diferentes intensidades. Fatores genéticos e ambientais influenciam as características quantitativas. O biólogo Wilhelm Johannsen (1857-1927) realizou um experimento genético, demonstrando que a variação de uma característica quantitativa é causada por uma combinação de fatores genéticos e ambientais. Seus estudos envolveram o peso de sementes de feijão, Phaseolus vulgaris. As plantas estudadas apresentavam sementes com peso entre 150 mg a 900 mg. Johannsen definiu linhagens de sementes nesse intervalo e manteve cada linhagem por autofertilização durante várias gerações. A possibilidade de definir linhagens de feijão com diferentes pesos característicos das sementes indicava que grande parte da explicação da variação dessa característica é causada por diferenças genéticas. Entretanto, o pesquisador observou que o peso das sementes também variava dentro de cada linhagem, mesmo sendo pura. Essa variação residual não era causada por diferenças genéticas, porque cada linha era resultado de endocruzamento sistemático para torná-la homozigota para seus genes, sendo que a causa de tal variação residual só poderia ser por influência de fatores ambientais não controlados. TÓPICO 2 | EXTENSÕES DO MENDELISMO 19 Caro acadêmico, o pesquisador Herman Nilsson-Ehle (1873-1949), dinamarquês, nos mostrou que o componente genético da herança quantitativa inclui a contribuição de vários genes diferentes. Nilsson-Ehle estudou a variação da cor em grãos de trigo, cruzando duas variedades, uma branca e uma com grãos vermelhos bem escuros. O resultado observado na F1 foi um fenótipo vermelho intermediário. A autofertilização da F1 produziu uma F2 com sete classes diferentes, cujas cores variavam do branco ao vermelho-escuro. O número de classes da F2 e a proporção fenotípica observada por Nilsson-Ehle sugeriram que três genes de distribuição independente participavam da determinação da cor do grão, e que os alelos para grãos vermelhos contribuíam para a intensidade do pigmento de forma aditiva (Gráfico 1). Deste modo, temos o genótipo do genitor de grãos brancos como aa bb cc, e o genótipo do genitor de grãos vermelhos como AA BB CC. O genótipo da F1 seria heterozigoto Aa Bb Cc e a F2 teria vários genótipos com diferentes números de alelos responsáveis pelo efeito aditivo na pigmentação. Cada classe fenotípica na F2 teria um número diferente de alelos que contribuem para a pigmentação. GRÁFICO 1 – HERANÇA DA COR DOS GRÃOS EM TRIGO FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p.) UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 20 O número de fenótipos que podem ser encontrados em um caso de herança poligênica depende do número de pares de alelos envolvidos, que chamamos n. Número de fenótipos = 2n + 1. Em nosso caso de grãos de trigo com três pares de alelos, sete fenótipos distintos podem ser encontrados, como visto no Gráfico 1. Cada grupo de indivíduos que expressam o mesmo fenótipo constitui uma classe fenotípica. 5 A RELAÇÃO ENTRE OS GENES E AS PROTEÍNAS Com o desenvolvimento dos estudos em genética e também de biologia molecular, ficou evidente que os organismos contêm muitos genes diferentes e que os mesmos podem apresentar múltiplos alelos. No entanto, caro acadêmico, você já se perguntou como um gene pode influenciar um traço como a cor dos olhos, a altura, o peso e a cor da pele? Os primeiros geneticistas não tinham resposta para essa pergunta. No entanto, com o avanço dos estudos científicos, atualmente sabemos que boa parte dos genes codifica para proteínas, ou seja, produz proteínas que, de alguma forma, estão envolvidas com os fenótipos. As proteínas são macromoléculas constituídas por uma cadeia linear de aminoácidos, sendo que cada tipo de proteína apresenta uma sequência específica de aminoácidos. Durante a síntese proteica, os aminoácidos se unem por meio de ligações do tipo amida, também denominadas ligações peptídicas. A união de dois aminoácidos produz um dipeptídeo; já três aminoácidos unidos por ligações peptídicas criam um tripeptídeo; com mais de quatro aminoácidos na cadeia, a molécula recebe o nome de polipeptídeo. Já um polipeptídeo com aproximadamente 100 resíduos de aminoácidos na cadeia é chamado de proteína. Algumas proteínas, chamadas enzimas, atuam como catalisadores em reações bioquímicas, já outras formam hormônios, anticorpos, antígenos, neurotransmissores, outras formam os componentes estruturais das células, os músculos, e ainda outras são responsáveis pelo transporte de moléculas, como o oxigênio. 6 EFEITOS AMBIENTAIS NA EXPRESSÃO DOS GENES Caro acadêmico, será que o ambiente pode influenciar na expressão dos genes e, por consequência, também no fenótipo? Uma série de pesquisas tem demonstrado que o ambiente pode influenciar a expressão gênica. Vários fatores ambientais podem influenciar os fenótipos, inclusive a alimentação, sendo que a área da nutrigenômica tem se desenvolvido a passos largos. Os benefícios do consumo de determinados alimentos fizeram surgir o conceito de alimentos funcionais, sendo que tais alimentos podem afetar beneficamente as funções corporais, gerando bem-estar e redução do risco de doenças. TÓPICO 2 | EXTENSÕES DO MENDELISMO 21 As análises dos mecanismos associados à influência dos alimentos na biologia e na saúde mostram que moléculas bioativas, presentes em determinados alimentos, possuem a capacidade de modular aspectos genômicos, bioquímicos e fisiológicos dos organismos. Em nível genômico, os principais efeitos destas moléculas envolvem a regulação diferencial na expressão de genes e modulação epigenética. Tais evidências deram origem à genômica nutricional representada pelas suas duas abordagens: a nutrigenética e a nutrigenômica. A nutrigenética estuda a interação dos alimentos com variações genéticas individuais que poderiam, por exemplo, reduzir o risco de determinados tipos de doenças. Por outro lado, a nutrigenômica investiga a influência da nutrição na dinâmica estrutural do genoma (efeitos epigenéticos e genoprotetores) e na modulação de genes. Caro acadêmico, para ilustrar as questões alimentares com as doenças humanas, vamos tratar brevemente da fenilcetonúria (PKU). As pesquisas genéticas humanas oferecem um exemplo da influência do ambiente físico no fenótipo. A fenilcetonúria (PKU) é um distúrbio recessivo do metabolismo dos aminoácidos. Lactentes homozigotos para o alelo mutante acumulam no encéfalo substâncias tóxicas que podem afetar o desenvolvimento encefálico e assim comprometer a capacidade mental. A PKU está relacionada com um aminoácido específico, a fenilalanina, ingerida na alimentação. Embora não seja tóxica, a fenilalanina é metabolizada em outras substâncias tóxicas. Lactentes com PKU alimentados com dieta normal ingerem fenilalanina, ocorrendo as manifestações graves da doença. Entretanto, lactentes que seguem dietas com restrição de fenilalanina podem crescer sem comprometimento mental grave. A doença pode ser diagnosticada em recém-nascidos, sendo possível reduzir seu impacto a partir da restrição de fenilalanina. Tal exemplo nos mostra como é possível manipular um fator ambiental, como neste caso em que a dieta altera um fenótipo, podendo provocar uma tragédia pessoal. O ambiente biológico também pode influenciar a expressão fenotípica dos genes. A calvície em seres humanos é um exemplo, em que o fator biológico relevante é o sexo. A calvície prematura é causada por um alelo com expressão diferente em homens e mulheres. Tanto os homens homozigotos quanto heterozigotos para esse alelo desenvolvem acalvície, mas somente as mulheres homozigotas têm essa tendência. A expressão desse alelo provavelmente é desencadeada pelo hormônio testosterona. 7 PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE Caro acadêmico, nem sempre os indivíduos apresentam um determinado fenótipo, mesmo apresentando o genótipo apropriado. Nesse caso, diz-se que o traço tem penetrância incompleta. Um exemplo em seres humanos é a polidactilia, ou seja, presença de dedos extranumerários nas mãos e nos pés. Esse distúrbio é causado por uma mutação dominante que se manifesta em parte de seus portadores. UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 22 Quando tratamos de expressividade, vemos que a manifestação de uma característica não é uniforme entre os indivíduos que a apresentam. A mutação dominante Lobe associada ao olho em Drosophila é um exemplo, e o fenótipo associado a essa mutação pode variar muito. Algumas moscas heterozigotas apresentam pequenos olhos compostos, enquanto outras têm olhos grandes e lobulados. Neste sentido, podemos afirmar que a mutação Lobe tem expressividade variável. Caro acadêmico, tanto a expressividade variável como a penetrância incompleta indicam que a expressão dos genes está sujeita a considerável modulação. Atualmente, entendemos que essa modulação se deve a fatores ambientais e genéticos. A comprovação desses fatores vem das pesquisas que mostram que dois ou mais genes podem afetar uma determinada característica. 8 INTERAÇÕES GÊNICAS Caro acadêmico, os primeiros estudos mostrando que uma característica pode ser influenciada por mais de um gene foram realizados por Bateson (1861- 1926) e Punnett (1875-1967) em experimentos com galinhas. Os estudos envolveram o formato da crista, sendo que a raça Wyandotte tem crista rosa, a Brahma tem crista ervilha e a Leghorn tem crista simples. Cruzamentos entre as raças Wyandotte e Brahma produzem indivíduos com outro tipo de crista, chamada noz. As análises dos resultados mostraram que o tipo de crista em galinhas é determinado por dois genes de distribuição independente, R e P, ambos com dois alelos. A raça Wyandotte, com crista rosa, tem o genótipo RR pp e a raça Brahma, com crista ervilha, rr PP. Já os híbridos dessas duas variedades na F1 são Rr Pp e o fenótipo é de crista noz. O intercruzamento desses híbridos gera os quatro tipos de crista na F2: noz em 9/16 (R- P-), rosa em 3/16 (R- pp), ervilha em 3/16 (rr P-) e simples em 1/16 (rr pp). Portanto, a raça Leghorn, que tem a crista simples, é homozigota para os dois alelos recessivos. Vejamos os resultados da F2 na Tabela 1: RP Rp rP rp RP RRPP Noz RRPp Noz RrPP Noz RrPp Noz Rp RRPp Noz RRpp Rosa RrPp Noz Rrpp Rosa rP RrPP Noz Rr Pp Noz rrPP Ervilha rrPp Ervilha rp RrPp Noz Rrpp Rosa rrPp Ervilha rrpp Simples TABELA 1 – QUADRADO DE PUNNETT FONTE: O autor TÓPICO 2 | EXTENSÕES DO MENDELISMO 23 Podemos observar, então, que as pesquisas de Bateson e Punnett mostram que dois genes de distribuição independente podem afetar uma determinada característica. Diferentes combinações dos alelos de ambos os genes produzem diferentes fenótipos, o que deve ocorrer devido às interações bioquímicas de seus produtos gênicos. 9 EPISTASIA Caro acadêmico, nos casos de epistasia, temos pelo menos dois genes influenciando uma determinada característica, em que um alelo de um deles prevalece no fenótipo. Quando um alelo tem esse efeito, afirmamos que o mesmo é epistático em relação aos outros genes participantes. Um exemplo clássico envolve genes que participam da pigmentação do olho em Drosophila. Quando uma mosca é homozigota para um alelo nulo em um desses genes, a rota bioquímica de síntese do pigmento pode ser bloqueada, levando a anormalidades da cor do olho do indivíduo. Portanto, tal alelo anula a expressão dos outros genes, mascarando suas contribuições fenotípicas. Outro exemplo de epistasia é observado na determinação da cor das flores na ervilha-de-cheiro, Lathyrus odoratus. As flores dessa planta são roxas quando têm o pigmento antocianina ou brancas em sua ausência. Ao cruzarmos plantas híbridas, temos uma F2 numa razão de nove plantas de flores roxas para sete plantas de flores brancas (Figura 7). Os resultados podem ser explicados, propondo que dois genes de distribuição independente, C e P, participam da síntese de antocianina e que cada gene tem um alelo recessivo que impede a produção do pigmento. Desta forma, é necessário um alelo dominante de cada gene para a síntese do pigmento antocianina. Neste trabalho de Bateson e Punnett, ficou estabelecido que cada alelo recessivo é epistático em relação ao alelo dominante do outro gene. Se os alelos dominantes de cada gene não estiverem presentes, a biossíntese é bloqueada e não há produção de antocianina. UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 24 FIGURA 7 – CONTROLE GENÉTICO DA COR DAS FLORES EM ERVILHAS-DE-CHEIRO FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p.) Podemos resumir a F2 da Figura 8 da seguinte forma: C- P- (Flores roxas) = 9/16 C-pp, ccP-, ccpp (Flores brancas) = 7/16 Caro acadêmico, podemos ter diferentes razões fenotípicas a partir dos genótipos obtidos na F2, considerando o cruzamento di-híbrido AaBb X AaBb e o tipo de epistasia (Quadro 1). TÓPICO 2 | EXTENSÕES DO MENDELISMO 25 AABB AABb AaBB AaBb AAbb Aabb aaBB aaBb aabb A e B incompletamente dominantes 1 2 2 4 1 2 1 2 1 A incompletamente e B completamente dominante 3 6 1 2 3 1 A e B completamente dominantes (Razão clássica com quatro classes fenotípicas) 9 3 3 1 aa epistático sobre B e b (Epistasia recessiva) 9 3 4 A epistático sobre B e b; bb epistático sobre A e a (Epistasia dominante e recessiva) 13 (12 mais a classe genotípica aabb) 3 - aa epistático sobre B e b; bb epistático sobre A e a (Epistasia recessiva dupla) 9 7 A epistático sobre B e b; B epistático sobre A e a (Epistasia dominante Dupla) 15 1 QUADRO 1 – EXEMPLOS DE RAZÕES FENOTÍPICAS DE F2 FONTE: O autor 10 PLEIOTROPIA Caro acadêmico, neste momento, vamos entender o que significa pleiotropia. Quando temos um gene influenciando diferentes fenótipos, diz-se que é pleiotrópico. A pleiotropia funciona de forma inversa à interação gênica. Na pleiotropia, um único gene atua na manifestação de vários caracteres. Em termos moleculares e bioquímicos, podemos dizer que o gene produz apenas uma enzima, mas sua presença ou ausência tem várias consequências. Uma condição pleiotrópica clássica é a fenilcetonúria (PKU), doença causada por um alelo UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 26 recessivo do gene que produz a enzima fenilalanina hidroxilase. A deficiência na produção desta enzima impede a transformação do aminoácido fenilalanina em tirosina (Figura 8). O efeito primário de mutações recessivas nesse gene é causar o acúmulo de fenilpiruvato, que compete com o piruvato pela entrada na mitocôndria, restringindo a produção de ATP a partir de glicose, o único substrato oxidável para o cérebro, gerando disfunções neurológicas graves. No entanto, essas mutações também interferem na síntese do pigmento melanina, clareando a pele e os pelos. Os exames bioquímicos mostram ainda que o sangue e a urina de pacientes com PKU contêm substâncias raras ou ausentes em indivíduos normais. Essa série de efeitos fenotípicos é típica da maioria dos genes e consequência de interconexões entre as vias bioquímicas que eles controlam através da produção de enzimas. FIGURA 8 – NA PKU, O AMINOÁCIDO FENILALANINA NÃO PODE SER CONVERTIDO EM TIROSINA FONTE: Marzzoco (2015, p. 241) 11 ENDOGAMIA Na endogamia, temos o cruzamento de indivíduos aparentados em virtude de um ancestral comum. O cruzamento entre parentes é denominado cruzamento consanguíneo, termo do latim que significa “do mesmo sangue”. A reprodução endogâmica é rara em populações humanas, e a incidência depende da cultura e etnia das populações. As restrições ocorrem, pois a endogamia tende a produzir mais crianças doentes e debilitadasque em um casamento de indivíduos sem parentesco, havendo maior chance de que filhos de um casamento consanguíneo sejam homozigotos para um alelo recessivo prejudicial. No entanto, em certas culturas, como no Egito antigo, por exemplo, a linhagem real era perpetuada por casamentos entre irmãos, provavelmente para preservar a “pureza” do sangue real. TÓPICO 2 | EXTENSÕES DO MENDELISMO 27 Os casamentos consanguíneos em populações humanas de certa forma colaboraram na análise de distúrbios genéticos causados por alelos recessivos. Muitos estudos em genética humana foram baseados na análise de casamentos consanguíneos, principalmente em grupos socialmente fechados, como a comunidade Amish, nos Estados Unidos. Os efeitos da endogamia também são evidentes em espécies experimentais, nas quais é possível promover o cruzamento consanguíneo, geração após geração, para criar uma linhagem endogâmica. Tais linhagens são puras geneticamente, porém, muitas vezes são menos vigorosas, gerando o que chamamos de perda endogâmica. Nas plantas em que a autofertilização é possível, podem-se criar linhagens altamente endogâmicas por autofertilização. No milho, por exemplo, as plantas endogâmicas são baixas e produzem espigas pequenas com poucos grãos. As plantas geradas por cruzamentos entre duas linhagens endogâmicas diferentes são heterozigotas para muitos genes, apresentando maior vigor, o que chamamos de vigor híbrido, ou heterose. Tal prática para produzir prole heterozigota de alto rendimento tornou- se padrão no melhoramento vegetal. 28 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste tópico, você aprendeu que: • Um alelo é dominante se tiver o mesmo efeito fenotípico em heterozigotos e homozigotos. No entanto, em alguns casos, o heterozigoto tem fenótipo diferente dos dois homozigotos, havendo dominância incompleta. • Chamamos de codominância quando um heterozigoto tem características observadas nos dois homozigotos associados. • Diferentes estudos em genética identificaram vários genes que apresentam mais de dois alelos como forma alternativa dos mesmos. O sistema sanguíneo ABO, em humanos, é um exemplo clássico de alelos múltiplos. • A herança quantitativa ou poligênica é um tipo de interação gênica na qual dois ou mais genes apresentam seus efeitos somados, em relação a uma determinada característica. Fatores genéticos e ambientais influenciam as características quantitativas. • Atualmente sabemos que boa parte dos genes codifica para proteínas, ou seja, produz proteínas que, de alguma forma, estão envolvidas com os fenótipos. • Muitas pesquisas têm demonstrado que o ambiente pode influenciar a expressão gênica. • Tanto a expressividade variável como a penetrância incompleta indicam que a expressão dos genes está sujeita a considerável modulação. Atualmente, entendemos que essa modulação se deve a fatores ambientais e genéticos. • Dois genes de distribuição independente podem afetar uma determinada característica. Diferentes combinações dos alelos de ambos os genes produzem diferentes fenótipos, o que deve ocorrer devido às interações bioquímicas de seus produtos gênicos. • Nos casos de epistasia, temos pelo menos dois genes influenciando uma determinada característica, em que um alelo de um deles prevalece no fenótipo. • A pleiotropia funciona de forma inversa à interação gênica. Na pleiotropia, um único gene atua na manifestação de vários caracteres. Em termos moleculares e bioquímicos, podemos dizer que o gene produz apenas uma enzima, mas sua presença ou ausência tem várias consequências. • Na endogamia, temos o cruzamento de indivíduos aparentados em virtude de um ancestral comum. O cruzamento entre parentes é denominado cruzamento consanguíneo. 29 1 (ENADE Biologia, 2008) Os componentes do sistema imune envolvem, além de células, proteínas circulantes, sendo diversos deles utilizados para a identificação de tipos celulares e para a obtenção de informações genéticas. Considerando aspectos gerais da Imunologia, é correto: FONTE: <https://bit.ly/2OxlORO>. Acesso em: 18 set. 2018. a) ( ) Apenas linfócitos e neutrófilos apresentam antígenos de superfície e, por esse motivo, são células capazes de produzir anticorpos. b) ( ) A tipagem sanguínea do sistema ABO envolve reações imunológicas e pode ser utilizada para a obtenção de informações genéticas sobre indivíduos. c) ( ) Diferentes tipos celulares de um mesmo indivíduo não podem ser diferenciados por marcadores imunológicos, pois os marcadores de superfície dessas células ligam-se aos mesmos anticorpos. d) ( ) A região FV (fração variável) de cada anticorpo presente em um conjunto de anticorpos, obtidos do plasma de um único indivíduo, apresenta a mesma sequência de aminoácidos. e) ( ) A reação de fixação do complemento permite a análise de ligação das fitas complementares de DNA dos anticorpos. 2 Em um determinado dia, nasceram quatro bebês em uma maternidade. Com base nos grupos sanguíneos (sistema ABO) das crianças e dos casais de pais, identifique os pais da cada bebê. (A) Neonato 1 Sangue tipo A ( ) Casal 1 A e AB (B) Neonato 2 Sangue tipo B ( ) Casal 2 A e O (C) Neonato 3 Sangue tipo AB ( ) Casal 3 AB e O (D) Neonato 4 Sangue tipo O ( ) Casal 4 O e O 3 Explique a seguinte notação referente aos alelos do sistema ABO: IA=IB › i. 4 Defina brevemente os seguintes termos: a) Pleiotropia: b) Endogamia: c) Penetrância: d) Expressividade: e) Epistasia: AUTOATIVIDADE 30 5 (ENADE Biologia, 2008) A poluição em ambientes aquáticos pode ser evidenciada com a utilização de uma linhagem transgênica do peixe paulistinha (Danio rerio). Essa linhagem apresenta um gene da luciferase, originário de uma água-viva, que é ativado em resposta a determinados poluentes. Em situação experimental, o peixe vivo muda de cor na presença do poluente e depois, ao ser colocado em água limpa, volta à coloração original e pode ser reutilizado inúmeras vezes. Com relação ao fenômeno descrito no texto, é correto afirmar que a mudança na coloração do peixe: FONTE: CARVAN, M. J. et al. Transgenic zebrafish as sentinels for aquatic pollution. In: Annals of the New York Academy of Sciences, 919133-47, 2000. Disponível em: < https:// djalmasantos.wordpress.com/2015/10/19/testes-de-biotecnologia-v/>. Acesso em: 18 set. 2018. a) ( ) Decorre de alterações em moléculas de RNA que não chegam a afetar os genes do animal. b) ( ) É um fenômeno que ocorre com frequência em animais transgênicos, mesmo que estes não tenham o gene da luciferase. c) ( ) Decorre da ação de genes constitutivos que são ativados por fatores ambientais. d) ( ) É um exemplo de como fatores ambientais podem regular o funcionamento de um gene. e) ( ) É o resultado de eventos mutacionais, como quebras cromossômicas ou alterações gênicas. 31 TÓPICO 3 BASES CROMOSSÔMICAS DO MENDELISMO UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Caro acadêmico, para entendermos melhor a importância da genética para as Ciências Biológicas, Medicina e áreas afins, temos que compreender a natureza do genoma e dos cromossomos. Devemos conhecer a estrutura e a composição dos cromossomos, em que momento do ciclo celular tais estruturas surgem, podendo ser observados por microscopia, e qual a sua importância nos processos de divisão celular e recombinação genética. Podemos estudar o número e a estrutura dos cromossomos por coloração das células em divisão. Cada espécie possui um complemento cromossômico, ou seja, um cariótipo característico, considerando número e morfologia dos cromossomos. Os genes estão dispostos nos cromossomos, apresentando uma posição precisa nos mesmos, denominada de locus. O estudo dos cromossomos, da sua estrutura, da sua composição e da sua hereditariedade é conhecido como citogenética. A citogenética originou-se pela pesquisa de vários biólogos do século XX que descobriram os cromossomos e observaram seu comportamento durante a divisão celular. Taisobservações prosperaram a partir do surgimento de microscópios modernos e de melhores procedimentos de coloração dos cromossomos. Atualmente, caro acadêmico, observamos a aplicação de importantes conhecimentos citogenéticos, principalmente na medicina, sendo utilizados para identificar a associação entre doenças e anormalidades cromossômicas, como o cromossomo Philadelphia, no caso da Leucemia Mielóide Crônica. 2 OS CROMOSSOMOS Primeiramente, acadêmico, temos que deixar claro que os cromossomos são característicos dos núcleos de todas as células. Os cromossomos foram descobertos no século XIX pelo citologista alemão W. Waldeyer (1836-1921). 32 UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE Para observarmos adequadamente os cromossomos, devemos utilizar corantes nas células em divisão, como a coloração Giemsa, por exemplo. Neste período celular, a cromatina formada por ácido desoxirriboncléico (DNA), ácido ribonucléico (RNA) e proteínas, como as histonas, atinge sua máxima compactação, formando cromossomos bem defi nidos, que podem ser classifi cados como metacêntricos, submetacêntricos e acrocêntricos, de acordo com a posição do centrômero (Figura 9). Os braços curtos e longos dos cromossomos são denominados de p e q, respectivamente. Durante a interfase, entre as divisões celulares, os cromossomos não são observados, pois na interfase a cromatina apresenta-se frouxamente espiralada ou compactada, como uma rede difusa e fi lamentosa. No núcleo interfásico, algumas regiões da cromatina apresentam coloração mais escura que outras. As regiões claras ou eucromatina são regiões menos condensadas, já as regiões escuras são a heterocromatina, regiões mais condensadas. FIGURA 9 – ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS FONTE: Maluf (2011, p. 21) O número de cromossomos de uma espécie é quase sempre um múltiplo par de um número básico. O número básico de cromossomos defi ne um conjunto cromossômico denominado genoma haploide, variando de acordo com a espécie. A maioria das células somáticas contém duas unidades de cada cromossomo desse conjunto e, portanto, é diploide (2n). As células que têm quatro unidades de cada cromossomo são tetraploides (4n). O número de cromossomos não está necessariamente relacionado com o tamanho nem com a complexidade biológica de um organismo. As células somáticas humanas apresentam um complemento cromossômico diploide (2n) de 46 cromossomos, com 22 pares de autossomos e um par sexual, XX em mulheres e XY em homens (Figura 10). X E Y são os cromossomos sexuais, já os autossomos são divididos em grupos e numerados: TÓPICO 3 | BASES CROMOSSÔMICAS DO MENDELISMO 33 • GRUPO A (PARES DE CROMOSSOMOS 1, 2 E 3). • GRUPO B (PARES DE CROMOSSOMOS 4 E 5). • GRUPO C (PARES DE 6 A 12). • GRUPO D (PARES DE CROMOSSOMOS 13, 14 E 15). • GRUPO E (PARES DE CROMOSSOMOS 16, 17 E 18). • GRUPO F (PARES 19 E 20). • GRUPO G (PARES 21 E 22). Já as células reprodutivas são haploides (n) com 23 cromossomos, 22 autossomos e um cromossomo sexual, sempre um X em gametas femininos, e X ou Y em gametas masculinos. Exceção a isso são os hepatócitos tetraploides (4n) com 92 cromossomos, observados durante a regeneração hepática. FIGURA 10 – CARIÓTIPO HUMANO DE UM HOMEM (46, XY) FONTE: Guerra (1989, p. 6) 3 GENES LIGADOS AO SEXO EM HUMANOS Caro acadêmico, na espécie humana, os traços recessivos ligados ao X são identifi cados com muito mais facilidade que as características autossômicas recessivas, pois é sufi ciente que um homem herde um alelo recessivo ligado ao X para mostrar um traço ligado ao X, lembre-se de que os homens são XY; no entanto, a mulher precisa herdar dois, pois é XX. Deste modo, várias doenças causadas por alelos recessivos, com loci (plural de locus) no cromossomo sexual X, são mais comuns em homens, como a hemofi lia, por exemplo. Indivíduos com hemofi lia A ou clássica não produzem o fator VIII de coagulação sanguínea, cujo gene está localizado na extremidade do braço longo do cromossomo X (porção Xq28). Os ferimentos de hemofílicos geram sangramentos 34 UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE que devem ser interrompidos por transfusão de fator de coagulação. O quadro clínico da hemofilia A é marcado pela recorrência de hemorragias, principalmente em articulações e músculos. Casos mais graves envolvem hemorragias internas e do sistema nervoso central. A hemofilia A é o principal tipo de hemofilia em seres humanos, sendo causada por uma mutação recessiva ligada ao X, afetando quase que exclusivamente os homens, que herdam a mutação das mães heterozigotas. Eles, por sua vez, podem transmitir a mutação para as filhas, que geralmente não têm hemofilia porque herdam um alelo selvagem das mães. Os homens afetados nunca transmitem o alelo mutante para a prole do sexo masculino, pois aos filhos são transmitidos os cromossomos Y. Um caso famoso de hemofilia ligada ao X ocorreu na família imperial russa no início do século XX. O czar Nicolau e a czarina Alexandra tiveram quatro filhas e um filho, Alexis, que era hemofílico. O alelo recessivo para a doença de Alexis, ligado ao X, foi transmitido por sua mãe, portadora heterozigota, não doente. Durante muito tempo a hemofilia foi uma doença fatal, sendo que os doentes morriam antes dos 20 anos de idade. Atualmente, tal quadro sofreu expressiva alteração em razão dos tratamentos eficazes, e os hemofílicos, de uma forma geral, podem desenvolver uma vida mais saudável. Caro acadêmico, com relação ao cromossomo Y, sabemos que o Projeto Genoma Humano identificou alguns genes, porém em número inferior aos demais cromossomos. Vários genes no cromossomo Y humano são necessários à fertilidade masculina. Mutações em determinados genes do Y interferem na capacidade reprodutiva do homem, ou seja, a possibilidade de transmissão da mutação para a próxima geração é pequena ou nula. O gene SRY (Sex Determining Region in chromosome Y) é o gene determinante do sexo no cromossomo Y, sendo a sua presença o fator fundamental na ativação da diferenciação sexual masculina no embrião. O gene SRY humano está localizado próximo à região pseudoautossomal do braço curto do cromossomo Y. A presença do cromossomo Y é reconhecida como fator determinante do desenvolvimento gonadal masculino em humanos desde a década de 1950, quando se iniciaram estudos sobre alterações cromossômicas. Alguns genes estão presentes tanto no cromossomo X quanto no Y, geralmente próximos às extremidades dos braços curtos. Os alelos desses genes não seguem um padrão de herança ligado ao X ou Y, sendo transmitidos igualmente das mães e dos pais para a prole, como ocorre com os genes autossômicos e, por conseguinte, são denominados genes pseudoautossômicos. No sexo masculino, as regiões que contêm tais genes estão envolvidas com o pareamento entre os cromossomos X e Y. TÓPICO 3 | BASES CROMOSSÔMICAS DO MENDELISMO 35 4 DETERMINAÇÃO DO SEXO Caro acadêmico, em humanos, sabemos que as mulheres são XX e os homens XY. Em seres humanos e outros mamíferos placentários, o sexo masculino é determinado pela presença do cromossomo Y. Este efeito dominante do cromossomo Y manifesta-se no início do desenvolvimento embrionário, proporcionando a transformação das gônadas primordiais em testículos. Quando formados, os testículos secretam testosterona, um hormônio andrógeno que estimula o desenvolvimento de características sexuais secundárias masculinas. As pesquisas científicas sobre determinação do sexo mostraram que havia a produção de um fator determinante testicular (TDF), fundamental para a diferenciação das gônadas primordiais em testículos. Este determinante é o produto do gene SRY, cujo locus foi mapeado próximo à região pseudoautossômica no braço curto do cromossomo Y (Figura 11). Prezado acadêmico, a incrível descoberta de SRY ocorreu pela identificação de indivíduos cujo sexo era incompatível com a constituição cromossômica (homens XX e mulheres XY). Nestes estudos, observou-se que vários homensXX apresentavam um pequeno segmento do cromossomo Y inserido em um dos cromossomos X, com certeza, portando um gene responsável pelo sexo masculino. Também foi constatado que mulheres XY tinham um cromossomo Y incompleto, com ausência de um segmento do cromossomo Y que correspondia ao fragmento presente em homens XX. Desta forma, ficou claro que determinado segmento do cromossomo Y era necessário para o desenvolvimento masculino. As análises moleculares identificaram o gene SRY no segmento determinante do sexo masculino no cromossomo Y. A partir da expressão gênica de SRY e formação dos testículos, a secreção de testosterona inicia o desenvolvimento de características sexuais masculinas. A testosterona é um hormônio que se liga a receptores em muitos tipos de células, deste modo, inicia todo o processo de diferenciação celular e ao desenvolvimento de características claramente masculinas. Então, acadêmico, podemos entender facilmente que na ausência da sinalização de testosterona, essas características não surgirão, sendo que o indivíduo se desenvolverá como mulher. 36 UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE FIGURA 11 – DETERMINAÇÃO DO SEXO EM SERES HUMANOS FONTE: Snustad, Simmon (2017, s. p.) Outro quadro atípico bem entendido é a incapacidade de produzir o receptor de testosterona, ou seja, há produção do hormônio testosterona, mas não de seus receptores celulares. Indivíduos XY com essa deficiência bioquímica desenvolvem-se inicialmente como homens. Entretanto, a testosterona não pode transmitir o sinal de desenvolvimento nas células-alvo, e os indivíduos que não têm receptor deste hormônio fundamental desenvolvem características sexuais femininas. No entanto, não são formados ovários e, portanto, tais indivíduos são estéreis. Essa síndrome é chamada de insensibilidade a andrógenos. A ausência do receptor de testosterona ocorre por uma mutação no gene AR, ligado ao cromossomo X. Prezado acadêmico, o cromossomo Y de Drosophila não influencia a determinação do sexo, como ocorre em humanos. O sexo da mosca é determinado pela razão entre o número de cromossomos X e de autossomos. As moscas diploides normais têm um par de cromossomos sexuais, XX ou XY, e três pares de autossomos. Cada conjunto haploide de autossomos é designado com a letra A. Sempre que a razão entre X e A for igual a 1,0 ou maior, a mosca será fêmea. Entretanto, sempre que a razão for igual a 0,5 ou menor, a mosca será macho. As moscas com razão X:A entre 0,5 e 1,0 desenvolvem características de ambos os sexos. O cromossomo Y é necessário à fertilidade masculina. Resumindo, uma TÓPICO 3 | BASES CROMOSSÔMICAS DO MENDELISMO 37 mosca normal XX e diploide AA tem a razão X:A igual a um, sendo uma fêmea. Uma mosca com um X e diploide AA apresentará uma razão X:A igual a 0,5 e será um macho. Neste caso, estando o Y presente, a mosca será um macho normal e fértil. Tanto em Drosophila quanto em humanos, os machos produzem gametas diferentes, apresentando um cromossomo sexual X ou Y, sendo denominados de sexo heterogamético, e as fêmeas que apresentam apenas gametas com X são o sexo homogamético. No entanto, em aves, borboletas e alguns répteis o inverso é verdadeiro. Nestas espécies, temos os machos como o sexo homogamético, com dois cromossomos sexuais denominados ZZ. Já as fêmeas são heterogaméticas, apresentando os cromossomos sexuais Z e W. 5 COMPENSAÇÃO DE DOSE DE GENES LIGADOS AO X O desenvolvimento de qualquer indivíduo depende de um sensível equilíbrio do número de genes, além de um sofisticado controle de sua expressão. Variações dessa condição podem causar fenótipos anormais e até a morte. Neste sentido, caro acadêmico, é interessante e até surpreendente que muitas espécies tenham um sistema de determinação do sexo baseado em fêmeas com dois cromossomos X e machos com apenas um. Então devemos nos perguntar: como promover o balanço gênico nas espécies em que a fêmea tem dois cromossomos X e os machos apenas um? Os estudos têm demonstrado mecanismos para resolver tal questão, mas o principal, observado em nossa espécie, por exemplo, envolve a inativação de um cromossomo X em cada célula diploide do organismo das fêmeas. Durante o desenvolvimento embrionário, um dos dois cromossomos X é aleatoriamente inativado em cada célula e seus genes deixam de ser expressos. Portanto, tivemos a evolução de um mecanismo epigenético de compensação de dose denominado de inativação do cromossomo X. 6 POLIPLOIDIA E ANEUPLOIDIA O balanço gênico e o controle da expressão gênica são fundamentais para o desenvolvimento e o funcionamento perfeito de um organismo. Os fenótipos de muitos organismos são afetados por variações no número de cromossomos em suas células, pois ocorre variação no número de genes, alteração em sua expressão e também na produção de proteínas. Essas diferenças numéricas são descritas como variações da ploidia do organismo quando temos variação em conjuntos inteiros de cromossomos, entretanto, os indivíduos que apresentam deficiência ou excesso de um determinado cromossomo são aneuploides. Organismos com conjuntos completos de cromossomos são euploides, podendo apresentar conjuntos 38 UNIDADE 1 | PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE adicionais de cromossomos, sendo denominados de poliploides. Desta forma, podemos caracterizar os indivíduos como haploides (n cromossomos) quando apresentam um conjunto de cromossomos, de diploides quando apresentam dois conjuntos básicos de cromossomos, ou seja, 2n cromossomos; como triploides, com três conjuntos (3n cromossomos); tetraploides, com quatro conjuntos (4n), e assim sucessivamente. A espécie humana, por exemplo, apresenta células diploides normais com 2N = 46 cromossomos. Seres humanos poliploides são totalmente inviáveis e normalmente são abortados espontaneamente, como os triploides com 2N = 69, por exemplo. A poliploidia é bastante comum em vegetais, mas muito rara em animais. Metade dos gêneros conhecidos de vegetais contém espécies poliploides. Um efeito da poliploidia é o aumento do tamanho da célula, o que gera aumento geral de tamanho do organismo. As plantas poliploides tendem ser maiores e mais robustas que as diploides da mesma espécie. As plantas poliploides podem produzir sementes e frutos maiores, portanto, apresentam grande interesse agrícola, como no caso do café, batata, banana, morango, trigo, algodão, além de plantas ornamentais. Entretanto, caro acadêmico, as alterações numéricas de cromossomos podem envolver um determinado cromossomo, neste caso, estamos tratando de uma aneuploidia, em que os organismos sofrem um desequilíbrio genético específico de um único cromossomo. A cromossomopatia ou doença cujo quadro clínico é explicado por um desequilíbrio na constituição cromossômica, mais conhecida e mais comum em seres humanos é a síndrome de Down, causada por trissomia do cromossomo 21, ou seja, os indivíduos apresentam três cromossomos número 21, sendo que o cariótipo 47, XX, + 21 ou 47, XY, + 21 está presente em mais de 90% dos casos da síndrome. Já uma monossomia ocorre quando há ausência de um cromossomo. Em seres humanos, só existe uma monossomia viável, o cariótipo de mulheres 45, X0, ou síndrome de Turner. Esses indivíduos têm um só cromossomo X, mas apresentam um complemento diploide de autossomos. Cabe salientar que possuem ovários rudimentares e são quase sempre estéreis. A ausência de um cromossomo X, como na síndrome de Turner, pode apresentar efeitos severos, mas a presença de cromossomos X extranumerários, como em indivíduos 47, XXX, pode ter seus efeitos reduzidos devido à compensação de dose por inativação de dois cromossomos X, ficando apenas um X ativo em cada célula. 7 ALTERAÇÕES ESTRUTURAIS DOS CROMOSSOMOS Caro acadêmico, as alterações cromossômicas, porém, não ocorrem somente em nível numérico. Os cromossomos também podem sofrer alterações estruturais, podendo levar a mudanças de fenótipo, inviabilizar células e organismos
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