Genes ligados, mapas cromossômicos e anomalias genéticas.

Ligação Gênica

A partir de 1910, poucos anos após a redescoberta dos trabalhos de Mendel, o cientista norte-americano Thomas Hunt Morgan e seus colaboradores realizaram uma serie de experimentos com a mosca-das-frutas e acabaram por demostrar que a lei da segregação independente só e valida quando os genes estão localizados em cromossomos diferentes.

Segundo a terminologia moderna, dizemos que os genes presentes num mesmo cromossomo são genes ligados, ou genes em linkage. Esses genes tendem a manter-se juntos durante a formação dos gametas, ou seja, não se distribuem independentemente como os genes estudados por Mendel.

Grupo de ligação

Walter Sutton propôs em 1903, a teoria cromossômica da herança, cuja tese central é a de que os genes estão localizados nos cromossomos. Morgan raciocinou que, se os genes estão localizados em cromossomos, cada cromossomo deve ser portador de muitos genes, uma vez que há muito mais genes que cromossomos em um organismo. Cada cromossomo possui, então, vários genes ligados, formando o que se denomina grupo de ligação.

Configuração CIS e TRANS

Os genes localizados em um mesmo cromossomo podem estar ligados de duas maneiras distintas. Quando um cromossomo carrega dois alelos dominantes e o outro carrega dois alelos recessivos, a disposição é denominada configuração CIS. Já quando cada cromossomo contem um alelo dominante e um alelo recessivo, a configuração é denominada configuração TRANS.

Portanto, a analise de cruzamentos envolvendo genes ligados deve levar em consideração não só os genótipos dos indivíduos cruzados como também a disposição dos genes nos cromossomos.

Permutação: ligação gênica incompleta

A ligação gênica explica por que os fenótipos parentais apareceram em maior proporção nos cruzamentos realizados por Morgan e colaboradores, mas não explica a ocorrência de fenótipos diferentes dos parentais /corpo preto/ azas longas e corpo cinza/azas vestigiais) no cruzamento-teste apresentado anteriormente.

Morgan valeu- se dessa observação e concluiu que os genes ligados em um mesmo cromossomo nem sempre permanecem juntos após a meiose. Durante a prófase 1, podem ocorrer permutações entre as cromátides homólogas. Assim, os alelos mudam de posição e são formadas cromátides recombinantes, que apresentam novas combinações gênicas.

Os fenótipos corpo preto/ asas longas e corpo cinza/ asas vestigiais deviam-se, então , à ocorrência de permutação.

Essa situação em que há ligação gênica com ocorrência de fenótipos recombinantes é denominada ligação incompleta. A ligação determina que os genes sejam herdados juntos, e a permutação refaz as associações desses genes de outro modo, aumentando a variabilidade genética.

Comparação entre a ligação gênica completa e a ligação gênica incompleta.

Recombinação:

Recombinação é a associação de alelos de genes diferentes em novas combinações.

Há dois tipos de recombinação, os quais diferem no mecanismo que gera as novas combinações de alelos. A recombinação Inter cromossômica ocorre entre genes em cromossomos diferentes, ou seja, quando há segregação independente.

A recombinação pode ser detectada comparando-se os genótipos das células antes e depois da meiose. A proporção de gametas recombinantes é que vai indicar se estes se originam devido ao processo de segregação independente ou à permutação entre genes ligados.

Juntamente com as mutações, as recombinações constituem as fontes de variabilidade genética sobre as quais a seleção natural pode agir. A recombinação é também usada pelos geneticistas para determinar a localização de determinados genes de interesse e para mapear suas posições específicas nos cromossomos.

Segregação independente e permutação como mecanismos de recombinação

Como resultado da permutação durante a meiose, os genes ligados em um mesmo cromossomo podem aparecer em novas combinações nos gametas. A prole, então, pode apresentar os mesmos fenótipos que ocorreriam em caso de segregação independente dos genes.

Quanto maior a distancia entre os gametas, mais pontos existem entre eles onde é possível ocorrer permutação. Quando os genes estão muito próximos, essa probabilidade é pequena. Em outras palavras, a frequência de permutação entre os genes de um cromossomo é diretamente proporcional a distancia entre eles.

Comparação entre os três tipos de herançaSegregação independente

Ligação gênica completa

Ligação gênica incompleta

Localização dos genes

Genes localizados em cromossomos

diferentes

Ligação gênica completa

Genes localizados no mesmo cromossomo

Ocorrência de recombinação

Sim, por meio da segregação

independente dos cromossomos

Não, os genes são herdados juntos

Sim, por meio da ocorrência de

permutação entre cromátides homólogas

Resultado

Gametas apresentam todas as

combinações entre os alelos, em

proporções que obedecem à segunda

lei de Mendel

Gametas apresentam apenas as

combinações de alelos parentais,

sendo 50% de cada tipo

Parte dos gametas apresenta

recombinação alélica, e a porcentagem de

gametas recombinantes é

menor que a porcentagem de

gametas parentais

Está de acordo com a segunda lei de Mendel?

Sim Não Não

Mapeamento cromossômico

Desde os estudos da equipe Morgan é possível determinar a posição relativa dos genes nos cromossomos fazendo-se um mapa cromossômico. Para isso, as frequências de permutação são usados para estabelecer a ordem dos genes ligados e as distancias relativas entre eles. Isso é possível porque a permutação é mais frequente entre os genes mais distantes do que entre os mais próximos.

Frequência de gametas recombinantes

Nas meioses em que não ocorre permutação são produzidos gametas não recombinantes, isto é, com cromátides iguais às parentais. Nas meioses em que ocorre uma única permutação, a metade dos gametas é recombinante e metade é não recombinante. Assim, a porcentagem total dos gametas recombinantes é metade da porcentagem das meioses nas quais ocorre permutação. Isso significa que que, mesmo ocorrendo permutação entre os dois genes em todas as meioses, apenas 50% doas gametas resultantes serão recombinantes.

Frequência de recombinação

A frequência de recombinação indica a probabilidade de aparecerem novas combinações de alelos nos gametas.

Mapas genéticos

As observações experimentais feitas por Morgan e seus colaboradores levaram Alfred Henry Sturtevant, aluno de Morgan, a relacionar a frequência de recombinação com a distancia entre os loci de diferentes genes. Essa ideia estava fundamentada em duas premissas principais.

Os genes estão dispostos linearmente nos cromossomos. Os genes que estão mais próximos apresentam taxas de recombinação inferiores

que as dos genes mais distantes.

A partir disso, acreditou-se que era possível usar as frequências de recombinação para estabelecer a sequencia de genes em um cromossomo e estimar as distancias relativas entre eles.

Os mapas cromossômicos feitos a partir do calculo das frequências de permutação entre os loci são chamados de mapas genéticos ou mapas de ligação.

Anomalias genéticas

As anomalias cromossômicas constituem exemplos de mutações e são responsáveis por diversas doenças. Há dois tipos principais de anomalias cromossômicas: as anomalias numéricas, que consistem em alteração no numero de cariótipo normal de uma espécie, e as anomalias estruturais, que envolvem alteração na estrutura de um ou mais cromossomos.

Anomalias cromossômicas numéricas

As anomalias cromossômicas numéricas podem ser provocadas pela presença de um conjunto extra, completo, de cromossomos em uma célula (poliploidia) ou pela ausência ou adição de um cromossomo (aneuploidia).

Polipoidias

As concepções triploides, por exemplo, pode ser devida a fertilização de um óvulo por dois espermatozoides ou ainda por uma falha meiótica que resulta em um gameta diploide que, ao unir-se a um gameta normal, forma um zigoto triploide.

A maior parte das concepções poliploides é espontaneamente abortada e as poucas que chegam a nascer têm a viabilidade restrita.

Aneuploidias

As aneuploidias podem ser de dois tipos principais: monossomia e trissomia.

A monossomia de determinado cromossomo é caracterizada pela ausência de uma copia desse cromossomo em uma célula que seria deploide em sua condição normal. As monossomias autossômicas são geralmente letais.

A trissomia de determinado cromossomo é caracterizada pela presença de uma cópia a mais de um cromossomo em uma célula que seria diploide em sua condição normal. As trissomias são mais frequentes que as monossomia entre os nativos, indicando que o organismo humano pode tolerar o excesso de material genético mais facilmente do que deficiência deste.

Anomalias cromossômicas estruturais

As alterações cromossômicas estruturais ocorreram quando cromossomos homólogos ficam desalinhados ou quando há quebra cromossômica durante as divisões celulares. Os principais tipos de alterações estruturais nos cromossomos são a deleção, a duplicação, a inversão e a translocação.

Deleção: As deleções são causadas por quebra cromossômica com consequente perda de material genético. Quando a deleção é acentuada, se envolve a perda de múltiplos genes, então, costuma ser letal.

Duplicação: Na duplicação, há a formação de um segmento adicional em um cromossomo. As duplicações geralmente têm consequências menos graves do que as deleções, reforçando a indicação de que o organismo humano pode tolerar mais o excesso de material genético do que uma deficiência.

Inversão: A inversão resulta de duas quebras em um cromossomo e a reinserção desse fragmento na mesma posição, porém em ordem invertida.

Translocação: A translocação consiste na troca de material genético entre cromossomos não homólogos.

Prevenção de doenças genéticas

O aconselhamento genético e o diagnóstico pré-natal representam ferramentas importantes para prevenção e detecção de enfermidades genéticas. Ambos os procedimentos oferecem aos pais o conhecimento necessário para tomar decisões importantes e fundamentadas a respeito de uma possível gestação e seus resultados.

Aconselhamento genético: O aconselhamento genético é um processo de informação

familiar sobre determinada condição que é ou pode ser genética.

Diagnóstico pré-natal: O exame de ultrassom e a amniocentese são os principais métodos utilizados para realização do diagnostico pré-natal. Por meio deles, muitas doenças podem ser diagnosticadas desde o inicio da gestação.

Determinação do sexo e influência na herança

Em algumas espécies, o sexo é determinado cromossomicamente. Nesses casos, os cromossomos envolvidos na determinação sexual são chamados de cromossomos sexuais, ou heterocromossomos. Em todos os mamíferos, incluindo a espécie humana, eles são denominados X e Y. Os machos têm par de cromossomos sexuais XV, e as fêmeas, o par XX.

Determinação do sexo

O sexo de um organismo, também chamado fenótipo sexual, relaciona-se ao tipo de gameta produzido. Muitas espécies apresentam dois fenótipos sexuais: macho e fêmea.

Na maioria dos casos, no entanto, o sexo é determinado por um par de cromossomos diferenciados, denominados cromossomos sexuais.

Determinação sexual XX-XO

Nos gafanhotos ocorre uma das mais simples de determinação sexual: as fêmeas têm um par de cromossomos sexuais (XX), e os machos tem apenas um cromossomo sexual.

Durante a divisão meiótica em fêmeas, os cromossomos X, homólogos, são separados. Ao final do processo são formados quatro óvulos, todos com um cromossomo X. Nos machos, o único cromossomo X segrega-se durante a meiose.

Como os machos produzem dois tipos de gametas com relação à presença ou ausência de cromossomos sexuais, eles são chamados de sexo heterogamético. As fêmeas, que produzem gametas iguais quanto aos do sexo homogamético. Nesse sistema é o gameta masculino, portanto, que determina o sexo da prole.

Determinação sexual XX-XY

Em diversas espécies, machos e fêmeas apresentam o mesmo numero de cromossomos, mas, as células das fêmeas contem cromossomos sexuais do mesmo tipo, chamadas cromossomos X e as células dos machos contem dois tipos de cromossomos sexuais: o X e o Y.

No mecanismo XX-XY o sexo de um individuo é determinado pelo gameta masculino, assim como acontece no mecanismo XX-XO. Se um espermatozoide contendo um cromossomo Y se unir a um ovócito (X), contendo um cromossomo X se unir se unir com um ovócito (X), o resultado será uma fêmea (XX).

Determinação do sexo em seres humanos

Na espécie humana, o sexo é determinado pelo sistema XX-XY. O cromossomo X é um dos maiores cromossomos humanos. Ele contém muitas centenas de genes, e a maior parte deles não apresenta função sexual. O cromossomo Y, ao contrário, apresenta poucas dezenas de genes, e vários deles estão relacionados a características sexuais masculinas.

Os cromossomos sexuais humanos

Os cromossomos X e Y são bem diferentes e não são homólogos. Eles têm pequenas regiões homólogas (pseudoautosômicos) e permitem o emparelhamento correto durante a meiose.

Nos seres humanos, a determinação do sexo masculino depende mais especificamente do gene SRY, a sigla para região Y e ate mesmo aos autossomos – também desempenham um papel na fertilidade e no desenvolvimento das diferenças entre os fenótipos sexuais.

Anomalias numéricas nos cromossomos sexuais

Nome da anomalia

Tipo de anomalia Cariótipo Características

Síndrome de Turner

Presença de apenas um cromossomo sexual (o

X)

45, XO

As portadoras dessa síndrome

são mulheres cujas características

sexuais secundárias

permanecem inativas.

Geralmente são estéreis.

Síndrome Presença de três cromossomos sexuais

(um Y e dois X)

47, XXY

Os portadores são homens geralmente estéreis, mais altos do que a media, que

apresentam testículos pequenos

e poucos pelos no rosto e no púbis.

Padrões de herança de genes localizados em cromossomos sexuais

Os genes ligados na região diferencial do cromossomo apresentam também um padrão de herança ligada a X também chamada simplesmente de herança ligada ao sexo enquanto os genes localizados na região diferencial do cromossomo Y apresenta um padrão ligada ao Y também chamada de herança restrita ao sexo.

Daltonismo ligado ao X em seres humanos

O daltonismo é uma condição hereditária resultante de um defeito na retina que afeta as células pela percepção das cores. Como consequência, a pessoa afetada não distingue determinadas cores com precisão. Um dos tipos mais frequentes de daltonismo é o verde-vermelho, uma condição recessiva ligada ao X.

Genótipo em mulheres

Fenótipos em mulheres

Genótipos em homens

Fenótipos em homens

X X e X Xᴰ ᴰ ᴰ ᵈ Normal para a visão a cores

X Yᴰ Normal para visão a cores

X Xᵈ ᵈ Daltônica para verde-vermelho

Xᵈ Daltônico para verde-vermelho

Para um homem ser daltônico, o X deve ser herdado da mãe, que pode ser daltônica ou ᵈportadora do alelo para daltonismo. Já para que uma mulher seja daltônica, o pai devera ser daltônico e a mãe devera ser daltônica ou portadora. Assim, a frequência de mulheres com esse tipo de daltonismo é menor que a frequência de homens.

Distrofia muscular de Duchenne

A distrofia muscular de Duchenne (DMD) é uma doença causada por mutações no gene DMD localizado no braço curto do cromossomo X e, portanto, é mais frequente em homens, Em média, 1 a cada 3,5 mil nascimentos masculinos é afetado pela doença.

Hemofilia

A hemofilia também é uma enfermidade recessiva ligada ao X. Caracteriza-se pelo mau funcionamento ou ausência de uma das proteínas que promovem a coagulação do sangue. A consequência da hemofilia é, uma coagulação sanguínea deficiente, o que pode levar a hemorragias.

A hemofilia já foi uma condição potencialmente fatal, mas atualmente pode ser tratada pela reposição do fator anti-hemofílico que esta ausente ou é deficiente.

O padrão de herança da hemofilia é o mesmo do daltonismo. Assim, os indivíduos afetados pela hemofilia geralmente são do sexo masculino e recebem de sua mãe o gene que condiciona a enfermidade.

Herança ligada ao Y em seres humanos

A herança ligada ao Y também é conhecida como herança restrita do sexo refere-se à herança dos genes localizados na região diferencial do cromossomo X . Por essa razão, os fenótipos decorrentes dessa herança ocorrem somente em indivíduos do sexo masculino e são transmitidos exclusivamente de pai para filho.

Há poucos genes relacionados a esse tipo de herança, chamados de genes holândricos. Um desses genes é o SRY.

Uma possível característica não sexual associada ao Y é a hipertricose auricular, que leva ao crescimento de pelos na orelha. Ela é comum em algumas partes do oriente Médio e Índia.

Genes com expressão influenciada pelo sexo

Algumas características autossômicas ocorrem em ambos os sexos, mas são verificadas mais comumente em um sexo do que no outro. Isso acontece quando os hormônios sexuais influenciam a expressão da característica.

Nesse tipo de herança, genes localizados nos autossomos comportam-se como dominantes e um sexo recessivo no outro. Um exemplo é o da calvície. Nesse caso, o gene é dominante no homem e recessivo na mulher.

Genótipo para calvície Fenótipo no homem Fenótipos na mulherCC Calvo CalvaCc Calvo Normalcc Normal Normal

Introdução

As leis de Mendel regem a transferência de todas as características que os seres vivos apresentam. Estudos mostram que a segunda lei de Mendel é valida apenas quando os genes estão situados em cromossomos diferentes fazendo alelos se comportarem independentemente durante a meiose.

Algumas espécies, o sexo é determinado cromossomicamente, nesses casos os cromossomos envolvidos na determinação sexual são chamados de cromossomos sexuais ou heterocrossomos.

Conclusão

Estudos levaram ao desenvolvimento de um método para o mapeamento dos genes nos cromossomos. O mapeamento gênico e uma etapa importantíssima para a compreensão, o diagnostico e o possível tratamento de enfermidades genéticas.

A determinação do sexo é feita a partir de um determinado par de cromossomos diferenciados, denominados cromossomos sexuais.

Escola Estadual Firmino Costa

Genes ligados, mapas

cromossômicos,

anomalias

genéticas, determinação do sexo e influência

na herança.

Lavras – MG

Escola Estadual Firmino Costa

Genes ligados, mapas cromossômicos, anomalias

genéticas, determinação do sexo e influência na

herança.

Componentes: Jéssica, Carlos Bruno, Lucas Henrique e José Izalino

Série: 3º Turma: D Nº 14; 05; 24; 15

Professora: Simone

Lavras – MG

Bibliografia

Biologia: ensino médio, 3º anoISBN 978-85-7675-527-2