Bases Genéticas da Transmissão de Características

Dos Cromossomas aos Genes

Bases Cromossómicas do Património Genético

• As características são transmitidas por cromossomas que contêm unidades de hereditariedade designadas de genes.

• Os genes são constituídos por DNA.

Mendel e a História da Genética• Gregor Mendel (1822-1884)

• “Pai da Genética”• Inicia o trabalho aos 21• Monge e professor

interessado em Botânica• Estudou ervilheiras

(Pisum sativum)• Descobriu os princípios

básicos da Hereditariedade

Estudos de Mendel• Ervilheiras como plantas

ideais para o estudo• Estudou diferentes

caractísticas em uma ou duas formas alternativas:– Forma semente, cor

semente, cor da vagem, forma vagem,posição flôr, comprimento haste, etc

• Estudou 30000 plantas ao longo de 7 anos– Com registos rigorosos

estudou os padrões matemáticos

Linhas Puras• Mendel reconheceu as duas formas alternativas

como variedades distintas (linhas puras).• Numa linha pura, a descendência apresenta a

mesma características dos progenitores.• ‘Liso’ produz sempre ‘liso ‘, etc.• As linhas puras parentais designam-se geração

"P1“. • A 1ª geração da descendência designa-se F1 (para

filial), a 2ª geração F2, etc.• Hibrido= Descendência produzida por cruzamento

de 2 linhas puras.• Qual o resultado do cruzamento de 2 linhas puras?

Dominância• Mendel cruzou 2 linhas puras para cada

característica. • Geração P1. • Toda a descendência resultante (F1) continha

a característica de apenas um progenitor.• A característica do outro progenitor perdeu-

se na geração F1 (reaparecendo em F2).• Mendel teorizou que existiam 2 factores para

cada característica.• Mendel designou 1 factor dominante porque

prevaleceu sobre o outro.

Dominante vs Recessivo• Mendel cruzou plantas da F1 com outras plantas

F1, produzindo a geração F2 . • A característica recessiva reapareceu na geração

F2 , numa proporção consistente:– 1/4 mostrava a característica recessiva (racio 3:1)

• Mendel referiu-se ao factor escondido na F1 como recessivo.

• Se a descendência transporta 2 factores dominantes ou um dominante e um recessivo , a descendência apresenta sempre a característica dominante.

• Se a desêndência transporta 2 factores recessivos, manifesta a característica recessiva.

A Experiência• Geração P:

– Cruzamento 2 linhas puras:

– Uma branca, outra roxa.

• F1 toda roxa– Roxa dominante

• Cruzamento F1 : F1 (todas roxas)– ¼ de descendentes

F2 são Brancos.– Branco recessivo.

Princípio da Segregação Independente

• Os membros de cada par de genes separam-se, ou são segregados, quando os gametas se formam.

• Mendel:– Para cada característica um indivíduo transporta

2 ‘factores’.– Cada progenitor contribui com um dos 2 factores

para cada descendente. – As hipóteses de contribuição de um ou outro

factor são iguais.

Genes e Alelos• Hoje sabe-se que as unidades de hereditaridade

são os genes.• As formas alternativas de um gene que Mendel

designou “factores” designam-se alelos.• A presença de um alelo num par de genes pode

impedir a expressão do outro.• Se a descendência transporta 2 alelos

dominantes, ou um dominante e um recessivo, apresenta a característica dominante.

• Se a descendência transporta 2 alelos recessivos, apresenta a característica recessiva.

Cada indivíduo possui uma cópia (alelo) de um gene, no cromossoma materno e uma segunda cópia no cromossoma (homólogo) paterno.

Representação de Genes e Alelos

• Geralmente, a 1ª letra (maíscula) da característica é usada para representar o alelo dominante.

• O alelo recessivo é representado pela forma minuscula da mesma letra(ex: T para alto,t para curto).

• Cada característica pode ser representada por um par de letras representando os genes.

• Alguns sistemas multialélicos (mais de 2 formas possiveis de uma característica) usam outras representações.

• As características ligadas aos cromossomes sexuais são representadas como um sobreescrito do cromossoma X ou Y.

Terminologia

• Genes – As unidades de hereditariedade.• Alelos – As formas separadas de um gene que

Mendel designou factores. • Genótipo – O conjunto dos alelos para uma

característica possuidos por um organismo.• Fenótipo- A aparência do organismo; a

característica que se expressa. • Homozigótico - Os 2 alelos de um par são idênticos

– Um indivíduo pode ser homozigótico dominante (2 alelos dominantes idênticos) ou homozigótico recessivo (2 alelos dominantes recessivos).

• Heterozigóticos – Os 2 alelos de um par são diferentes.

Genótipo vs Fenótipo

Xadrez Mendeliano• Forma de visualizar

cruzamentos.• Pode ser usado para

determinar a possibilidade de diferentes genótipos ou fenótipos.

• Cada quadrado contém a combinação possível de alelos para a descendência.

• Pode ser usado para determinar a probabilidade de diferentes genótipos ou fenótipos.

• O cruzamento da F1 pode ser demonstrado num xadrez mendeliano.

• Apresenta um rácio de 3:1

Determinação do Genótipo

• Sabendo o fenótipo, é possível determinar o genótipo?

• Se um organismo apresenta a característica recessiva, sabemos o genótipo.– Será, possivelmente homozigótico recessivo

(tt)• E se exprimir a característica dominante? • Exprimindo a característica dominante

existem 2 possibilidades: • homozigótico dominante ( TT) ou

heterozigótico (Tt)

Cruzamento-teste• Genótipo desconhecido cruzado com um

homozigótico recessivo (tt) x ?– Cruzamento-Teste (ou retro-cruzamento)

• Se o desconhecido for TT:– o cruzamento com tt resulta de todos com genótipo Tt. – toda a descendência é alta.– têm todos o mesmo fenótipo e mesmo genótipo.

• Se o genótipo desconhecido for Tt, quando cruzado com tt, resulta: – 1/2 da descendência será Tt e 1/2 será tt.– assim 1/2 apresentará um fenótipo diferente, facilitando a

descoberta do genótipo desconhecido.

Demonstração do Caso

Dominância Incompleta• Em todos os casos mendelianos, existia um alelo

claramente dominante.– Nem sempre é o caso.

• Alguns alelos apresentam dominância incompleta.• Os heterozigóticos expressam características que

são a mistura dos fenótipos dos 2 alelos. – Flores vermelhas e brancas geram flores rosa.

• Obedece à lei da segregação.• A única diferença é que o fenótipo do indivíduo

homozigótico dominante é diferente do fenótipo do indivíduo heterozigótico.

Demonstração do Caso

Co-Dominância

• Ocorre quando ambos os alelos para um gene se expressam num heterozigótico

• Ex: – Côr vermelha e branca produzem côr ruão em alguns animais uma vez que ambos os genes são exprimidos.

Cruzamentos com 2 alelos• Os cruzamentos até aqui examinaram 1

característica=cruzamentos monohíbridos. • É possível considerar mais do que uma

característica ao mesmo tempo.– Cruzamentos envolvendo 2 genes = cruzamentos

diibridos.

– Três genes = trihíbrido.• Mendel cruzou plantas que diferiam em 2

características. • Os trabalhos conduziram à Lei da Segregação

Independente.

Lei da Segregação Independente• Mendel demonstrou que características produzidas por

factores dominantes não aparecem necessariamente juntas.

• Com 2 ou mais pares de genes ocorre segregação independentemente durante a gametogénese.

– Os genes são distribuídos nos gametas independentemente.

• À luz dos conhecimentos actuais:

– Segregação independente dos cromossomas na meiose.

• Se 2 características forem transportadas no mesmo cromossoma a segregação independente não ocorre.

– Se 2 características estiverem localizadas proximamente no mesmo cromossoma diz-se que estão ligadas (linked).

Cruzamentos Diibridos• Processo que involve 2 genes.• Provam a existência de segregação independente.• Cruzamento homozigótico dominante com 2 alelos

com homozigótico recessivo para 2 alelos:– Y = amarelo – R = liso

• YYRR x yyrr pode produzir:– Amarelo/liso– Amarelo/ rugoso– Verde/ liso– Verde/ rugoso

• Produz um rácio de 9:3:3:1

Esquematizando Cruzamentos Diibridos

Sistemas Multi-alélicos• Algumas características são o resultado de mais

que 2 possíveis alelos num mesmo locus.• O sistema sanguíneo ABO é um importante

exemplo.• 3 alelos possíveis:

– IA - produz antigénio A; anti-corpos anti-B no soro sanguíneo.

– IB - produz antigénio B ; anti-corpos anti-A no soro sanguíneo.– i - não produz antigénios; anti-corpos anti-A e anti-B no soro.

• IA e IB são alelos co-dominantes.• i é recessivo.

O Sistema Sanguíneo ABO

Hereditariedade ligada ao sexo

• Característica Autossómica– gene transportado num cromossoma não sexual e

presente em duas cópias.

• Característica ligada aos cromossomas sexuais – Um gene transportado num cromossoma sexual

presente nos dois sexos; 1 cópia num sexo, 2 no outro.– Cromossoma X nos mamíferos.– Cromossoma Z em aves (1 cópia nas fêmeas e 2 nos

machos).

• Característica ligada ao cromossoma Y – Gene transportado no cromossoma Y; muito raro.

Thomas Hunt Morgan (1866-1945) • Embriologista na Universidade de Columbia

– 1º cientista a associar um gene específico com um cromossoma específico.

– Criação de Drosophila melanogaster• Muito ferteis.• Gerações de 2 semanas.• 4 pares de cromossomas.• XX=fêmea, XY=macho.

1º Mutante de Thomas Morgan…

• Tipo selvagem = olhos vermelhos.• Morgan descobriu um macho mutante com

olhos brancos.– Descobriu o gene para a côr dos olhos num

cromossoma específico.

Simbologia

• Os símbolos são escritos em sobreescrito no cromossoma sexual respectivo:– Xa - Cromossoma X transportando o alelo recessivo.– XA – Cromossoma X transportando o alelo dominante.– Sem sobreescrito usa-se para a forma normal ou

selvagem (X+) do alelo.

• Deve-se suspeitar de hereditariedade ligada ao sexo quando os rácios fenotípicos são diferentes em machos e fêmeas.

Descoberta da Hereditariedade ligada ao sexo

Fêmea olhos vermelhos

Macho olhos brancosx

Toda a descendência de olhos vermelhos

75%fêmeas olhos vermelhos

25%machos olhos brancos

x

Como é possível este resultado ?

Característica ligada ao sexo!

Características Ligadas aos cromossomas sexuais

• Apesar das diferenças obvias entre homens e mulheres, a base cromossómica da hereditariedade sexual é simples:

• Nos humanos e outros mamíferos, existem 2 cromossomas sexuais: X e Y– 2 cromossomas X geram

uma fêmea: XX• redundância

– Um cromossoma X e Y geram um macho: XY

• sem redundância

Cromossomas Sexuais

Cromossomas

Autossómicos

Cromossomassexuais

Características ligadas aos cromossomas sexuais

XHXh XHY x

XH Ymacho / esperma

XH

Xh

fêm

ea /

ovu

los

XHYXHXH

XHXh XhY

Recessivo ligado ao sexo

XHXh

XH

Xh

XHY

Y

XH

fêmea

macho

Sumário das características ligadas aos cromossomas sexuais

• Ligadas ao cromossoma X – seguem os cromossomas X.– os machos obtêm o cromossoma X da mãe.– a característica nunca passa de pai para filho.

• Ligadas ao cromossoma Y– muito poucas características.– apenas 26 genes.– as características só passam de pai para filho.– As fêmeas nunca podem herdar a característica.

Árvores Genealógicas (Heredograma)

• Usada para determinar o modo de transmissão hereditária em que poucos indivíduos, mas várias gerações estão envolvidas

• Uma característica genética assumida é rara, assim sendo casamentos dentro da mesma família não se assumem como “transportando” a característica.

• Símbolos:O fêmea. sombreado = afectados macho. sombreado parcial = transporta a

característica

Análise Árvores Genealógicas (pedigree / características)

Hereditariedade Poligénica

• A maioria das características não se limita a duas possibilidades, sim ou não.

• A maioria das características são continuas (quantitativo).

• Exemplos: altura, côr pele.

• 2 ou mais genes actuam em conjunto numa característica.

Pleiotrofismo

• Os genes apresentam múltiplos efeitos fenotípicos.

• O mesmo gene que produz a pigmentação escura na pele pode produzir pigmentação escura no pêlo de ratinhos.

• Vantagem Pleiotrófica:• Alguns genes com efeitos negativos, também

produzem benefícios: – Exemplo: os globulos vermelhos falciformes dão

ao heterozigótico vantagem contra a malária.

Anemia Falciforme e Pleiotrofismo

Epistase

• Um gene presente num locus altera a expressão de um segundo gene.

• Exemplo: A côr preta (B) é dominante sobre o castanho (b) no pêlo dos ratos, mas. . .

• Um segundo gene (C) determina se o pigmento do pêlo se forma ou não.

• Assim é necessário apresentar genótipo (CC) ou (Cc) antes do rato ser preto ou castanho.

Diagrama Epistático