GENÉTICA: Determinação do Sexo em Animais Domésticos

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GENÉTICA MOLECULAR
Determinação do Sexo
Na espécie humana e em muitos outros animais, a determinação do sexo ocorre no
momento da fecundação e depende dos cromossomos sexuais recebidos nos
gametas. A reprodução sexual promove a segregação e recombinação dos genes,
portanto é responsável pela enorme variabilidade genética gerada nas espécies.
O material genético dos mamíferos, DNA, pode ser classificado em dois tipos, de
acordo com a sua atividade genética: eucromatina e heterocromatina. A
eucromatina é o DNA com atividade genética, os genes. As regiões dos cromossomos
que não apresentam atividade genética (não codificam instruções para síntese de
proteínas) são chamadas de heterocromatina constitutiva.
Sistema XY
A meiose de uma célula feminina XX dá origem a um único tipo de gameta, portador
de um lote de autossomos e um cromossomo sexual X. A meiose masculina, por sua
vez, origina dois tipos de espermatozoides onde 50% têm cromossomo X e 50% têm
cromossomo Y. Nesse sistema:
● As femeas sao o sexo homogamético, pois formam apenas um tipo de gameta
● Os machos sao o sexo heterogametico, pois formam dois tipos de gameta
Nos mamíferos, a determinação do sexo masculino depende de um gene localizado
no cromossomo Y, denominado SRY, sigla de sex-determining region Y. A proteína
codificada por esse gene induz, no embrião, a formação de testículos por ativar
outros genes em diversos cromossomos. A testosterona e outras substâncias
produzidas nos testículos atuam no desenvolvimento de órgãos genitais e de outras
características típicas do sexo masculino.
Desse modo, o responsavel por determinar o sexo da prole é o macho.
Um gameta masculino portador de um cromossomo X, ao
fecundar um óvulo (sempre portador de X), origina um zigoto XX,
que se desenvolve como fêmea. No sistema XY, um gameta
masculino portador de um cromossomo Y, ao fecundar o óvulo,
dá origem a um zigoto XY, que se desenvolve como macho.
Há casos em que o gene SRY sofre mutação, tornando afuncional proteína codificada
por ele. Embriões mamíferos portadores dessa mutação, mesmo tendo cariótipo
masculino (46, XY), desenvolvem fenótipo feminino.
Em outras espécies, são verificados mecanismos com múltiplos cromossomos
sexuais como por exemplo nas Echidna (mamífero que põe ovos, da ordem
Monotrema), as fêmeas têm 64 cromossomos (X1X1X2X2) e os machos, 63 (X1 X2 Y).
Cromossomo X
O cromossomo X tem o mesmo tamanho relativo (próximo a 5% do genoma
haplóide) em diferentes espécies de mamíferos. Há indicações de que o conteúdo
gênico (mas não a sequência dos genes) também seja o mesmo nos mamíferos. Por
exemplo, as enzimas HPRT, G6PD, PGK e GLA estão localizadas no cromossomo X em
todos os primatas, roedores, carnívoros, ungulados e artiodáctilos em que foram
estudadas.
Em mamíferos ocorre o fenômeno da compensação de dose (Hipótese de Lyon). Onde
no 14 dia de desenvolvimento embrionário, ocorre a inativação aleatória ao
cromossomo X materno ou paterno. Uma vez inativado o cromossomo em uma
célula, todas as células descendentes dela terão o mesmo X inativado. Portanto, o
corpo de uma fêmea de mamíferos é um mosaico de áreas com células contendo
ativo: em umas o X de origem materna e em outras, o X de origem paterna.
A inativação dos cromossomos X em excesso explica por que a quantidade de
produto dos genes localizados no cromossomo X é a mesma em machos e fêmeas,
apesar da diferença de dose gênica.
Esse cromossomo condensado em cromatina (ou seja, inativado) se chama
corpúsculo de Barr e é caracterizado por se corar intensamente junto à membrana
nuclear. Como esse corpúsculo não é observado em células XY e como nas células em
que existem mais de dois cromossomos X também se observam mais corpúsculos de
Barr, conclui-se que ele representa todos (menos um) os cromossomos X presentes
na célula. Por esse motivo, o corpúsculo também é conhecido como cromatina
sexual.
Cromatinas sexuais ou corpúsculos de Barr presentes nas células:
● Normais:
✦ XY — nenhuma
✦ XX — 1
● Síndrome de Turner (45, X0)
✦ X0 — nenhuma
● Super Fêmea
✦ XXX — 2
● Tetrassomia
✦ XXXX — 3
● A Síndrome de Klinefelter (SK)
consiste num grupo de anomalias
cromossômicas nas quais
encontra-se dois ou mais
cromossomos X em machos
✦ XXY — 1
A inativação é incompleta e reversível
● Cerca de 15% desse cromossomo permanece ativo
● O gene responsável pela inativação é o XIST
● Inicia-se em um único loco, mas depois se espalha para todo o cromossomo X.
A inativação genética seria consequência da demora de um dos cromossomos X em
se desespiralizar, ao término da mitose - quando ele consegue se desespiralizar, não
existem mais, no núcleo, nem enzimas nem nucleotídeos para a síntese de RNAm (os
outros cromossomos já estão em fase de duplicação, com enzimas e nucleotídeos
apropriados à síntese de DNA). Por esse motivo, o cromossomo X "atrasado" não
consegue, no período G1 da intérfase, transmitir sua mensagem genética. Ele apenas
se duplica, no período S.
Período S da intérfase: duplicação do DNA
● DNA condensado — heterocromatina
● DNA desespiralizado — eucromatina, apresenta
superfície de contato para RNA mensageiro
O material genético dos cromossomos inativados que era, antes da inativação,
classificado como eucromatina, após esse processo de inativação passa a ser
chamado de heterocromatina facultativa.
Nos mamíferos marsupiais, ocorre a inativação de um dos dois cromossomos X das
fêmeas, porém ela não é ao acaso: em todas as células, está inativado o cromossomo
X de origem paterna.
Essa inativação forçada do X paternal também ocorre em
alguns tecidos placentários dos outros mamíferos.
Características podem ser passadas a apenas metade das células do organismo
devido a esse processo de inativação:
● Pelagem de Gatas Tricolores: as gatas heterozigotas para o loco O (situado no
cromossomo X) apresentam em seu corpo áreas de pelagem com cor "laranja" e
áreas de pelagem com cor não laranja (preto ou marrom). Isso ocorre porque, em
determinadas áreas do corpo delas, está ativo o cromossomo X que tem o gene O e,
em outras, o cromossomo X que tem o gene o.
Outro exemplo: os cromossomos de uma mulher heterozigota para daltonismo são:
, logo, durante a compensação gênica, 50% das células podem ser afetadas
pelo gene e a mulher apresentar daltonismo em apenas um olho.
Os cromossomos X normal e alterado são inativados ao acaso e, a partir daí, a
seleção natural agirá: as células em que estiver inativado o X normal estarão em
desvantagem em relação àquelas cujo cromossomo X inativado é o anormal. Com o
tempo, a linhagem vantajosa estabelece-se; na época do nascimento, praticamente
só ela existe.
Cromossomo Y
O cromossomo Y, além de ser bem menor do que o X, apresenta ainda uma região de
heterocromatina constitutiva, por exemplo, em bovinos no braço curto e em
humanos, no braço longo. Ele apresenta, portanto, bem menos genes. Os que
possuem são relacionados apenas com a determinação do sexo.
No início da vida intrauterina, o embrião de mamíferos, tanto XX como XY, não tem
qualquer diferenciação sexual. Nessa época, cresce uma crista em cada um dos
órgãos que servem ao embrião como rins temporários (os mesonefros). Essas cristas
são conhecidas como cristas gonadais, e é a partir delas que a gônada, o ovário ou o
testículo futuros se desenvolverão. As células dessas cristas, derivadas do mesonefro,
serão as células somáticas dos testículos e ovários, isto é, aquelas que secretarão
hormônios e as que sustentarão as células germinativas. As células germinativas
(que, por meioses, originarão óvulos e espermatozóides) originam-se no epiblasto,
próximo ao alantóide.
O produto do gene ZFY, localizado no braço curto do cromossomo Y (na região
pseudoautossômica), é, provavelmente, responsável pela proliferação e migração
das células germinativas para a crista gonádica. O loco ZFY tem um loco homólogo
no cromossomo X, ocupado pelo alelo ZFX, que escapa à inativação, nos
cromossomos X inativos das fêmeas.
Um único gene, dominante e localizado no braço curto do cromossomoY, o gene SRY,
é necessário para que as gônadas bipotentes tomem-se testículos. Essa proteína é
formada por uma sequência de 80 aminoácidos, que está conservada em várias
espécies. O gene SRY expressa-se nas células de Sertoli primordiais, o que resulta na
sua diferenciação.
As células de Sertoli, então, promovem a organização celular e estrutural, ou seja, a
diferenciação dos testículos, incluindo a formação dos cordões testiculares e das
células de Leydig. Os passos seguintes na diferenciação masculina são promovidos
pelos hormônios testosterona (produzido pelas células de Leydig) e antimülleriano
(HAM - produzido pelas células de Sertoli) responsável pela regressão dos canais de
Müller, e a testosterona induz o desenvolvimento dos canais de Wolff em epidídimos,
canais deferentes e vesícula seminal
Em outros órgãos-alvo, a testosterona é convertida em DHT pela enzima
5-a.-redutase. O desenvolvimento da próstata e a transformação do seio urogenital
em genitália externa masculina ocorrem em resposta à presença de DHT.
Na ausência do produto do gene SRY, ocorre o desenvolvimento dos ovários e o
prosseguimento da diferenciação feminina, sem necessidade de produtos gonadais:
regressão dos canais de Wolff e desenvolvimento dos canais de Müller em trompas,
útero e terço superior da vagina e, finalmente, transformação do seio urogenital em
genitália externa feminina.
Além do gene SRY, outros genes também parecem participar da diferenciação
sexual:
● Gene SOX9 (autossômico): Apresenta 71 % de sua sequência codificadora em
comum com o gene SRY. Mutações em SOX9, assim como em SRY, podem
resultar em falha total na formação de testículos. O produto do gene SRY não
foi descrito em aves e répteis, mas o gene SOX9 é altamente conservado, de
mamíferos até peixes, e expressa-se nas gônadas masculinas de mamíferos e
aves. Assim, o gene SOX9 poderia ser parte de um processo de determinação
do sexo ancestral, que atualmente está sob controle do SRY apenas em
mamíferos.
● Gene WTI (autossômico): Em camundongos com mutações que resultam na
ausência da proteína WTl, observa-se que os animais não têm rins nem
gônadas.
● Gene DSS ou DAXI (situado no cromossomo X): Indivíduos XY com deleção de
DSS/DAXl têm genitália masculina normal, mas indivíduos XY com duplicação
do loco DSS/DAXl apresentam reversão sexual. Sabe-se que SRY e DSS/DAXl
atuam de maneira antagônica e o produto de DSS/DAXl funciona como "fator
antitestículo", e não como indutor de ovários. Assim, o SRY seria o inibidor da
cópia única do DSS/DAXl presente nos indivíduos XY, o que permitiria a
diferenciação dos testículos. Na ausência de SRY, uma cópia de DSS/DAXl
presente nos indivíduos XX (a outra está no cromossomo X inativado)
silenciaria os outros genes envolvidos na diferenciação testicular, permitindo
o desenvolvimento dos ovários. Uma cópia única de SRY, no entanto, não seria
capaz de inibir duas cópias ativas de DSS/DAXl, o que explicaria a reversão
sexual em indivíduos XY com duplicação do braço curto do cromossomo X.
● Gene SFI (autossômico): O SFl expressa-se em todos os tecidos
esteroidogênicos, onde atua como regulador das enzimas envolvidas na
produção de esteróides, incluindo os hormônios sexuais. O SFl é,
provavelmente, o ativador da produção de HAM e de testosterona pelos
testículos, tendo função essencial para GONADOGENESE
O passo final no desenvolvimento é a conversão da genitália externa indiferenciada à
forma masculina ou feminina. Se houver testículos produzindo androgênios, a
diferenciação será no sentido masculino. Em caso contrário, no feminino. O tubérculo
genital transforma-se em pênis no macho e em clitóris na fêmea.
Disso tudo fica claro que o fenótipo masculino depende, essencialmente, da presença
de um cromossomo Y, pois o desenvolvimento embrionário, na ausência dos
produtos dos genes do cromossomo Y, é, espontaneamente, em direção ao fenótipo
feminino.
Herança Ligada aos Cromossomos Sexuais
A herança é influenciada pelo sexo quando a expressão de um gene autossômico é
afetada pelas condições fisiológicas do sexo na qual se encontra. É no
comportamento dos heterozigotos que detectamos essa influência, pois, nos
homozigotos, o alelo se manifesta como deveria fazê-lo em qualquer sexo. Mas, no
heterozigoto, ele age como dominante num sexo e como recessivo no outro.
Um exemplo interessante a esse respeito é encontrado na raça Ayrshire de bovinos.
Nessa raça de gado leiteiro, o animal é branco com manchas vermelhas no pescoço e
espáduas, podendo atingir os flancos. Diz-se, então, que ele é vermelho-branco. Às
vezes, porém, as malhas são de cor mogno e o animal é dito acaju - branco com
mogno. O alelo que determina essa modificação na cor das manchas é simbolizado
por M1, sendo que seu alelo M2 determina a cor vermelha. Assim sendo, se o animal
for M1M2, ele será acaju, se macho, e vermelho branca, se fêmea.
Herança Limitada Pelo Sexo
Encontram-se aqui incluídos todos aqueles casos de caracteres cuja expressão só se
manifesta em um dos sexos. De modo análogo à herança influenciada pelo sexo,
oscaracteres limitados ao sexo são tambémcontrolados por genes autossômicos.
Um exemplo ocorre em bovinos. Nesses animais, somente a fêmea apresenta
produção de leite. Contudo, sabe-se que os touros têm um papel fundamental na
determinação da produção de leite de suas crias fêmeas. Isso quer dizer que, apesar
de não expressar fenotípicamente o caráter, os touros são portadores de alelos para
a produção de leite. Sendo assim, o maior ou menor potencial para produção de leite
dos touros é avaliado pelo comportamento de suas crias fêmeas obtidas pelo
cruzamento do referido touro com diversas vacas.
Anomalias na diferenciação sexual
Estágios de diferenciação sexual:
● Diferenciação de testículos ou ovários, a partir de uma estrutura comum, a gônada
indiferenciada.
● Desenvolvimento da genitália interna, a partir dos duetos de Müller e de Wolff, que
coexistem no início do desenvolvimento, em ambos os sexos.
● Conversão da genitália externa, a partir de estruturas comuns a ambos os sexos,
para a forma masculina ou feminina.
● Aparecimento das características sexuais secundárias e início da gametogênese, na
puberdade.
Em equinos, cães e gatos, foi descrita a síndrome de insensibilidade aos androgenios
ou síndrome de feminização testicular. Essa é uma anomalia do desenvolvimento
sexual na qual os indivíduos afetados têm constituição cromossômica XY, testículos
intra-abdominais e fenótipo feminino (inclusive genitália externa feminina). No
entanto, em vez dos derivados müllerianos normais (tubas uterinas, útero, colo de
útero e terço superior da vagina), os afetados apresentam derivados wolffianos (
epidídimos, canais deferentes e vesícula seminal) rudimentares.
Esse problema é decorrente da ausência do receptor celular dos androgênios, que é
codificado por um gene dominante localizado no cromossomo X. A presença do
cromossomo Y induz as gônadas indiferenciadas a se transformarem em testículos,
mas, como não existem receptores na superfície das células-alvo, os androgênios
produzidos pelos testículos não podem exercer efeito algum.
Genes Masculinizantes e Feminilizantes
Apesar da determinação do sexo ser explicada pelos cromossomos sexuais,
entretanto, existem evidências em algumas espécies da presença de genes
masculinizantes e feminilizantes localizados nos autossomos. Uma das evidências
está baseada no fato de que, em alguns casos, o macho, geneticamente
determinado, é influenciado pelos hormônios femininos ou vice-versa.
Nessa espécie, um gene autossômico P, além de controlar a presença ou ausência de
chifres, tem efeito masculinizante com penetrância completa nas fêmeas e
incompleta nos machos. Assim, um animal mocho pode ser portador dos genótipos
PP ou Pp, enquanto os recessivos pp são chifrudos. O homozigoto PP causa
masculinização de todas as fêmeas, as quais são inférteis, sendo 34% do tipo
intersexo e66% falso macho. Já, aquelas que se reproduzem são mochas
heterozigóticas (Pp) ou chifrudas (pp). Nos bodes,o alelo P em homozigose
frequentemente causa esterilidade. Os animais chifrudos (pp) ou mochos
heterozigotos (Pp) aparentemente são férteis.
É possível evitar o nascimento dos indivíduos intersexuados 60,XX homozigotos para
o gene "mocho" (PP), se forem sempre utilizados como reprodutores do rebanho
bodes que tenham chifres (pp).
Ginandromorfos
O comportamento cromossômico anormal em alguns animais pode resultar em
mosaicos sexuais denominados ginandromorfos. Esse fenômeno consiste em o
animal apresentar partes com características femininas, e outras partes com
características masculinas. Em alguns casos, tanto as genitálias e gônadas
masculinas quanto as femininas podem estar presentes no mesmo animal.
Um caso bem conhecido ocorre normalmente em gêmeos de bovinos. Esses gêmeos,
originados de dois ovos separados, podem consistir de dois machos, duas fêmeas ou
um macho e uma fêmea. Quando os gêmeos são do mesmo sexo, o desenvolvimento
ocorre normalmente. Mas quando um é macho e o outro é fêmea, como o testículo do
feto masculino desenvolve-se antes do ovário do feto feminino, os hormônios
masculinos passam para o organismo da fêmea, em decorrência da conexão de
vasos sanguíneos nas placentas, tornando se intersexuada, estéril. Tais fêmeas
anormais são conhecidas como vacas maninhas ou freemartin. A genitália externa
geralmente é normal, mas os derivados müllerianos frequentemente estão ausentes
ou são rudimentares; os derivados wolffianos estão presentes e, em muitos casos, as
gônadas assemelham-se a pequenos testículos.
Biologia reprodutiva e melhoramento animal
Armazenagem de sêmen:
● Utilização de touros selecionados
● Nao ha necessidade de manter touros caros e comportamentais na fazenda
● O sêmen pode ser testado quanto a doenças;
Inseminação artificial: disseminação de reprodutores geneticamente superiores
mesmo após sua morte.
Sincronização de cio: permite aumentar a produtividade
Superovulação
A superovulação, seguida de implantação em mães substitutas, permite a obtenção
de maior número de descendentes de reprodutoras altamente selecionadas. As
drogas usadas para induzir a superovulação são as gonadotrofinas PMSG e o FSH.
Fusão celular
E a fusão de dois óvulos (ou de dois núcleos de espermatozóides que serão colocados
em um óvulo sem núcleo). A fusão de gametas de um mesmo animal é chamada de
selfing.