Herança Multifatorial

Profa Danielle Malheiros

http://www.lgmh.ufpr.br/

2017

Características dicotômicas versus quantitativas

Todas as características de qualquer indivíduo pode ser divididas em dois tipos principais:

Características descontínuas ou dicotômicas: o indivíduo tem ou não tem (mendelianas)

Características contínuas ou quantitativas, que todos têm, mas em diferentes graus (estatura, o peso, a pressão sangüínea

Fenótipos mendelianos podem ser divididos em

classes fenotípicas distintas

aa Aa AA

normal albino

1 : 3

Prop. Genotipica

Prop. Fenotipica

(1:2:1)

75%

25%

Interação

alélica:

dominância

gametas A a

F2 A AA Aa

a Aa aa

indivíduo sem

albinismo ou albino

Este tipo de variação, na qual o caráter

apresenta apenas estados contrastantes, é

chamado variação fenotípica descontínua

(discreta)

CARACTERES QUALITATIVOS

Parentais Variedade anãs x variedade alta

F1 Todas altas

F2 1/4 anãs 3/4 altas

? Parentais Variedade anãs x variedade alta

F1 Todas médias

F2 Anãs intermediárias altas

1760 – Joseph Kölreuter

experimento com tabaco

1866 – Gregor Mendel

experimento com ervilha

P Vermelha Branca

AA aa

F1 Cor intermediária

Aa autopolinizada

gametas A a

F2 A AA Aa

a Aa aa

Resumo dos resultados da F2

Alelos ativos 2 1 0

Genótipos AA (1) Aa (2) aa (1)

Proporção

fenotípica 1 2 1

Fenótipo Vermelha Rosa Branca

a) Controle em um locus (n=1)

Caso hipotético para a coloração de flores (dominância incompleta)

1a tentativa para explicar – 1 gene com dominância incompleta

Distribuição descontínua

Caráter simples: Cor de flores

Dominância

incompleta

Ainda não explica a ampla gama

de fenótipos encontrados na

altura das plantas de milho

Ampla gama de

fenótipos e não

apenas 3 classes

distintas

P1 Vermelha Branca

AABB aabb

F1 Cor intermediária

AaBb autopolinizada

gametas AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb

F2 Ab AABb AAbb AaBb Aabb

aB AaBB AaBb aaBB aaBb

ab AaBb Aabb aaBb aabb

Alelos ativos 4 3 2 1 0

Genótipos AABB (1) AABb (2)

AaBB (2)

AaBb (2)

AAbb (2)

aaBB (2)

Aabb (2)

aaBb (2) aabb (1)

Proporção

fenotípica 1 4 6 4 1

Fenótipo Vermelha Vermelha

claro Intermediária

rosa

clara Branca

b) Controle em dois locus (n=2), dominância incompleta

P1 Vermelha Branca

AABBCC bbaacc

F1 Cor intermediária

AaBbCc autopolinizada

c) Controle em três locus (n=3)

gametas ABC ABc AbC aBC Abc aBc abC abc

ABC ABCABC ABcABC AbCABC aBCABC AbcABC aBcABC abCABC abcABC

ABc ABCABc ABcABc AbCABc aBCABc AbcABc aBcABc abCABc abcABc

AbC ABCAbC ABcAbC AbCAbC aBCAbC AbcAbC aBcAbC abCAbC abcAbC

F2 aBC ABCaBC ABcaBC AbCaBC aBCaBC AbcaBC aBcaBC abCaBC abcaBC

Abc ABCAbc ABcAbc AbCAbc aBCAbc AbcAbc aBcAbc abCAbc abcAbc

aBc ABCaBc ABcAbc AbCaBc aBCaBc AbcaBc aBcaBc abCaBc abcaBc

abC ABCabC ABcabC AbCabC aBCabC AbcabC aBcabC abCabC abcabC

abc ABCabc ABcabc AbCabc aBCabc Abcabc aBcabc abCabc abcabc

Alelos ativos 6 5 4 3 2 1 0

Genótipos

AABBCC(1)

aBCABC(2)

ABcABC(2)

AbCABC(2)

ABcABc(1)

AbCAbC(1)

aBCaBC(1

AbcABC(2)

aBcABC(2)

abCABC(2)

AbCABc(2)

aBCABc(2)

aBCAbC(2)

AbcABc(2)

aBcABc(2)

abCABc(2)

AbcAbC(2)

aBcAbC(2)

abCAbC(2)

AbcaBC(2)

aBcaBC(2)

abCaBC(2)

AbcAbc(1)

aBcaBc(1)

abCabC(1) abcABc(2)

abcAbC(2)

abcaBC(2)

aBcAbc(2)

abCAbc(2)

abCaBc(2)

abcAbc(2)

abcaBc(2)

abcabC(2) abcabc(1)

Proporção

fenotípica 1 6 15 20 15 6 1

Fenótipo Vermelha Branca

Um fenótipo parece misturar-se

imperceptivelmente com o seguinte:

variação contínua

Este tipo de variação, na qual o caráter

apresenta variação gradual, é chamada de

variação fenotípica contínua

CARACTERES QUANTITATIVOS

HERANÇA POLIGÊNICA

Imaginou-se que as características poligênicas

não eram mendelianas, ou seja, não

segregavam como fatores mendelianos

simples….

Por quase 20 anos, biólogos lutaram para conciliar

a complexidade de características quantitativas

com a simplicidade da teoria de Mendel

A hipótese dos genes múltiplos

1909 – H. Nilsson – Ehle (Suécia)

Herança da cor de grãos em trigo. Três genes que se distribuem independentemente

(A, B e C) supostamente controlam a cor dos grãos. Cada gene tem 2 alelos. Os alelos

para pigmentação (em letras maiúsculas) são semidominantes em relação aos alelos para

falta de pigmentação (em letras minúsculas).

aabbcc AABBCC

AaBbCc

Vermelho escuro

Vermelho

intermediário

Branco

Cada classe de F2 leva um

número diferente de alelos

contribuintes de pigmento

0 alelos pig 6 alelos pig

O trabalho de Nilsson – Ehle mostrou que

um padrão complexo de herança podia ser

explicado pela segregação e distribuição de

vários genes e alelos.

Uma característica de herança complexa não

apresenta as proporções mendelianas simples,

mas segue as mesmas leis.

Na determinação do caráter quantitativo existem

vários genes e alelos com efeito cumulativo: efeito

aditivo

Herança poligênica é um tipo de herança, na qual

participam dois ou mais pares de genes com segregação

independente, resultando em um efeito cumulativo de

vários genes envolvidos, cada um contribuindo com uma

parcela para a formação da característica.

Pontos importantes:

Davenport (1913), sugeriu que 2 genes determinam a cor da pele:

A = B : + melanina

a = b : - melanina

2 genes 5 categorias de coloração da pele humana.

Há uma variação contínua ou

gradual, o que significa que entre os

extremos (negro e branco) existem

diversos fenótipos intermediários.

Característica é determinada pelo efeito

aditivo dos vários alelos

Controle em dois locus - COR DA PELE EM HUMANOS

Como explicar as várias tonalidades entre brancos e negros?

Fenótipos Genótipos

Branco aabb

Pardo claro Aabb, aaBb

Pardo médio AAbb, aaBB,

AaBb

Pardo escuro AABb, AaBB

Negro AABB

Fenótipos 1/16 : 4/16 : 6/16 : 4/16 : 1/16

B PC PM PE N

Resultados genotípicos e fenotípicos que seriam obtidos a partir do

cruzamento de dois indivíduos pardos médios, duplo-heterozigotos:

Pardo médio

Pardo médio Pardo médio

Pardo médio Pardo médio

Pardo claro

Pardo claro

Pardo claro Pardo claro

Pardo

escuro

Pardo

escuro

Pardo

escuro

Pardo

escuro

Pardo médio

Pardo médio Pardo médio

Estima-se que cerca de 20 genes contribuam para a

determinação da cor da pele em seres humanos!!!

Altura

Peso

Vigor geral

Tamanho do corpo

Cor da pele

Cor dos olhos

Pressão arterial

Malformações congênitas

Aspectos comportamentais

Inteligência

Susceptibilidade a doenças (depressão, distúrbio bipolar,

estresse, esclerose múltipla,câncer, diabetes, doenças do

coração, autoimunes…)

Alguns exemplos de características poligenicas e multifatoriais:

. . . Grande maioria das características de importância evolutiva,

econômica, clínica…..

Existem 2 tipos de herança multifatorial:

1. Características que variam continuamente na

população;

2. Características que se manifestam quando é

ultrapassado um um limiar genético subjacente

Características de variação contínua tais como tamanho,

altura, peso, pressão são controlados por vários fatores,

tanto genéticos quanto ambientais

Existem características descontínuas que também são

multifatoriais

Ex.: algumas pessoas nascem com

fenda labial. Sabe-se que esta

condição se deve a fatores genéticos e

ambientais, mas ela não é uma

característica quantitativa no sentido

usual

Pessoas a expressam ou não

A manifestação é descontínua

Entretanto, os fatores genéticos e ambientais que predispõem

uma pessoa a apresentá-la variam quantitativamente

Quando a variável subjacente excede um determinado nível, a característica

aparece

Este tipo de característica é chamada de característica com limiar

Herança com limiar

Algumas pessoas possuem alelos

que as predispões a desenvolver

a fenda labial. Há, de fato uma

tendência genética a desenvolver

a condição. Só nas pessoas cuja

tendência ultrapassa o limiar de

fato estão em risco normais

AABBCCDD….. aabbccdd…..

Há um acúmulo de alelos de

susceptibilidade, predisposição

Limiar

O conceito de limiar é usado para explicar como as características poligênicas também podem ser dicotômicas

Exemplos de doenças

complexas com limiar

• Artrite reumatóide

• Câncer

• Esclerose múltipla

• Obesidade

• Diabetes

• Asma alérgica

• Hipertensão

• Doenças cardíacas

• Doenças psiquiátricas: esquizofrenia, autismo...

Monogênica

Poligênica

Multifatorial

Determinada por um gene com pouca ou nenhuma influencia

ambiental

Característica controlada por vários

genes

Combinação de influências genéticas e

ambientais

Genética quantitativa

Trabalho de Eduard W. East (1913) Estudou o tamanho da corola de flores do tabaco

Em uma linhagem pura, o tamanho da corola tinha em média 41mm e em

outra, tinha em média 93mm

Entretanto, dentro de cada linhagem pura, East observou variação fenotípica

Mas se eram linhagens puras, como explicar a variação fenotípica???

Herança do tamanho da corola em tabaco. Pelo menos 5 genes parecem estar envolvidos

Variação

genética

Variação

ambiental

Segregação

genética

Influências

ambientais

HERANÇA MULTIFATORIAL

(QUANTITATIVA)

VF = VG + VA

Recorre-se a um modelo de análise baseado em descrições

estatísticas da fenótipo em uma população

Média (x̅ ou μ) – centro da distribuição

Variância (s2) – dispersão dos dados ao redor da média

Desvio padrão (s) – raiz quadrada da variância

1 - coletar os dados (constituir a amostra)

2 – representá-los graficamente como uma distribuição de

freqüência

Como estudar características quantitativas?

Altura, em centímetros, de 60 alunos.

Média e variância de uma distribuição

Tempo de maturação do trigo

linhagens parentais puras

(homozigotas)

Linhagem A – amadurece rápido

Linhagem B – amadurece lentamente

as distribuições em F1 e F2 indicam

que estas populações tinham tempos de

maturação intermediários

a distribuição F2 reflete a

segregação genética que ocorre

quando as plantas F1 são produzidas

Objetivo da descrição: divisão da variação observada na característica em

componentes genético e ambiental

decomposição da variação fenotípica

quanto da variação é devida a diferenças genéticas e

quanto é devida a causas ambientais

VF = VG + VA

Utiliza-se a variância

s2F = s2G + s2A

Variancia fenotípica (VF) total =

14,26 dias

Para estimar a VA podemos usar

os dados da população parental e

de F1

– são geneticamente uniformes

Portanto, a variabilidade dentro de

cada uma destas 3 populações

reflete diferenças resultantes do

efeito ambiental

VA = (VA+VB+VF1)/3

(1,92+2,05+2,88)/3

= 2,28 dias

Como temos a VA, podemos

calcular a VG por subtração

VF = VG + VA

VG = VF - VA

Isolando VG:

VG = 14,26 – 2,28

= 11,98 dias

VF = VG + VA

14,26 dias = 11,98 dias + 2,28 dias

Significa que a maior parte da variância

no tempo de maturação de F2 se deve a

diferenças genéticas entre os indivíduos

Qual a utilidade em se decompor a variação fenotípica?

Sabendo os valores de VG e VA, podemos calcular a

herdabilidade (H2) da característica

Herdabilidade – parâmetro genético que nos dá idéia

de quanto de uma variação fenotípica é devida a causas

genotípicas

H2 = VG

VF = VG

VG + VA

Herdabilidade no sentido amplo

H2 varia de 0 a 1

Se próxima de 0 – pouco da variabilidade é atribuível

a diferenças genéticas

Se próxima de 1 – a maior parte da variabilidade é

atribuível a diferenças genéticas

Na população F2 do trigo:

VF = VG + VA

14,26 dias = 11,98 dias + 2,28 dias

H2 = VG = 11,98 = 0,84

VG + VA 14,26

Este resultado nos diz que 84% da variabilidade

observada no tempo de maturação do trigo se

deve a diferenças genéticas entre indivíduos

O restante da variação (16%) é uma função da

resposta dos indivíduos à variação do ambiente

Interpretação

Herdabilidade

A herdabilidade é a proporção da variância fenotípica que é atribuível à variância genética

O que a herdabilidade responde é: quanto das diferenças entre os indivíduos resultam de diferenças genéticas entre eles, e quanto resulta de diferenças ambientais?

A herdabilidade é propriedade de um caráter, em uma

população em um determinado ambiente.

Isto não pode ser extrapolado. Dizer, por exemplo, que a

herdabilidade do tempo de maturação do trigo é 84% está

errado – é somente na população que calculamos

Portanto, populações diferentes podem ter valores

diferentes de herdabilidade

Pontos importantes

A herdabilidade NÃO indica o grau em que uma

característica é geneticamente determinada.

A herdabilidade indica o grau em que os genes

determinam a variação em uma característica.

EXERCÍCIO

EXERCÍCIO

VF = VG + VA

5,44 = VG + 3,33

VG = 0,37

H2 = VG

VF

H2 = 2,11 = 0,37

5,44

Herdabilidade no sentido amplo

H2 = VG

VG + VA

VG – inclui todos os fatores que fazem com que os genótipos

exibam fenótipos diferentes:

efeitos dos alelos individuais

as relações de dominância entre os alelos

interações epistáticas entre genes

Capacidade de fazer previsões de como serão os

fenótipos depende do tipo de interação entre os alelos

Portanto, a variação que resulta de dominância e

epistasia tem pouco poder preditivo

Ex.: tipo sanguíneo ABO (VF=VG)

Por causa da dominância dois indivíduos com o

mesmo fenótipo pode ter genótipos diferentes

Tipo A : IAIA ou IAi

Sendo assim, se duas pessoas do tipo A tiverem filho,

não podemos prever exatamente que fenótipo o filho

terá (A ou O)

A dominância nos impede de fazer uma previsão exata!!

Nossa capacidade de fazer previsão melhora quando os

genótipos não são confundidos por dominância

Ex.: cor das flores (branca, vermelha, rosa) (VF=VG)

aa – branca

Aa – rosa

AA - vermelha

Fenótipo depende do número de A – efeito aditivo

Podemos saber exatamente qual será o resultado

dos cruzamentos

Agora podemos decompor a variância genética:

Va = variância genética aditiva

Vd = variância de dominância

Existe ainda a variação devida a efeitos epistáticos,

que, como a dominância, são de pouca ajuda na previsão

de fenótipos

Ve = variância epistática

Juntos, estes três componentes constituem a variância

genética total:

VG = Va + Vd + Ve

VG = Va + Vd + Ve

Lembrando:

VF = VG + VA

Portanto:

VF = Va + Vd + Ve + VA

VF = Va + Vd + Ve + VA

Destes 4 componentes só a Va é útil em prever os

fenótipos da prole a partir dos fenótipos dos seus genitores

Esta variância, como fração da variância fenotípica total é

denominada de herdabilidade no sentido restrito

h2 = Va

VF

h2 = Va

VF

H2 = VG

VF

AMPLO RESTRITO

HERDABILIDADES NO SENTIDO

E o que podemos fazer

conhecendo a herdabilidade?

2. SELEÇÃO ARTIFICIAL (MELHORAMENTO

GENÉTICO)

1. PREVER O FENÓTIPO DA PROLE

Previsão de fenótipos

Considere a seguinte situação a respeito de valores de QI:

Marcio e Fernanda fizeram teste de

padrão de inteligência (QI)

QI Marcio = 110

QI Fernanda = 120

QI médio da população = 100

Marcio e Fernanda tiveram um filho - Orlando - que foi

dado para adoção.

Os pais adotivos querem saber o QI de Orlando.

Se o QI não tivesse componente genético, qual seria a melhor estimativa

para o QI do Orlando?

A média da população = 100

Entretanto, vários estudos indicaram que a variação nos valores de

QI têm componente genético

Estimativas da herdabilidade do QI = 0,4

Significa que 40% da variação observada nos valores de QI se

deve aos efeitos aditivos dos alelos

Podemos usar esta estatística juntamente com os QIs dos pais para

prever o valor do QI do Orlando.

QIO= μ + h2 [QIM + QIF] – μ

2

A melhor estimativa é:

QIO= μ + h2 (QIP– μ)

Diferença entre o valor médio

dos pais e a média da

população

QIO= 100 + 0,4 (115 – 100)

QIO= 106

Substituindo:

T = QI

M=Marcos

F=Fernanada

O=Orlando

P=Pais

A herdabilidade no sentido restrito

traduz a diferença entre o valor

médio parental e a média da

população

Adicionando esse valor à média

podemos prever o fenótipo da

prole

115 – 100 = 15

6 + 100 = 106

x 0,4 = 6

Diferença

herdável

A herdabilidade no sentido restrito nos diz a proximidade com que a

prole se assemelha com a média dos pais

Considerações importantes

O valor do QIO é um valor preditivo

Se procurássemos centenas de casais com QI médio

parental de 115, seria esperado que os QIs dos filhos

formassem uma distribuição de frequencias, cujo valor

médio seria 106

Entretanto, existiriam crianças com QI mais altos ou mais

baixos, ou até mesmo mais alto que os valores dos pais

Isso se deve à segregação mendeliana dos alelos que

influenciam o QI e de fatores do ambiente

Em ambiente sem estímulo, o QI do

Orlando pode ser inferior a 106

Em ambiente com muito estímulo, o QI

do Orlando pode ser superior a 106

EXERCÍCIO

Referências bibliográficas

• Snustad e Simmons. Fundamentos de Genética. 4ª ed.

Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2008.

• Anthony J. F. Griffiths. Introdução a genética . 8ª ed.

Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.