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A DESCOBERTA DAS MUTAES

Os relatos de De Vries (1901-1903, 1909-1910) sobre o aparecimento freqente de mutan-tes na planta Oenothera glazioviana (Onagra-ceae), abundante nas dunas da Holanda, estimu-laram muitos geneticistas e evolucionistas aprocurar novos mutantes em outros organismos(veremos a seguir que os mutantesde De Vriesno eram mutaes verdadeiras, definidas por elecomo uma mudana hereditria em um dos alelosde um gene). Era isto que Morgan tinha em mentequando iniciou suas culturas de D. melanogaster.

Em espcies de Drosophila, assim como emqualquer outro organismo, o aparecimento denovos mutantes um evento extremamente raro.Drosfilas com olhos brancos ou asas vestigiaiss foram encontradas aps a anlise minuciosade milhares de indivduos. Em 1914, Morganescreveu: Na realidade, nossa experincia comDrosophila nos d a impresso que as mutaesso eventos raros, embora o nmero de mutaesobtidas por ns at o momento tenha sido muitogrande.

Existem duas razes principais para a raridadedas mutaes. Uma delas a baixa freqncia

MUTAES GNICAS EMUTAES CROMOSSMICAS

Dcima terceiraaula (T13)

Objetivos

1. Distinguir mutao espontnea de mutaoinduzida.

2. Conceituar gene letal.3. Explicar como Morgan identificou mutaes

letais ligadas ao sexo em Drosophila.4. Conceituar sistema balanceado de genes letais.5. Definir inverso cromossmica.6. Explicar como inverses em estado heterozigtico

suprimem recombinao gnica.7. Descrever as caractersticas do sistema ClB de

Drosophila melanogaster.8. Explicar a deteco de mutaes letais ligadas ao

sexo em Drosophila por meio do sistema ClB.9. Conceituar mutao hometica.

Texto adaptado de:MOORE, J. A. Science as a Way of Knowing -Genetics. Amer. Zool. v. 26: p. 583-747, 1986.

com que um determinado gene sofre mutao; aoutra a recessividade da maioria dos alelosmutantes. Como conseqncia dessa ltima situa-o, a quase totalidade dos alelos mutantes encon-tra-se no estado heterozigtico, mascarados peloalelo dominante selvagem. Imagine uma popula-o de 1.000 moscas, em que haja apenas umalelo recessivo presente em um indivduo hetero-zigtico, como seria possvel detect-lo?

Durante as primeiras dcadas do sculo XX,os organismos foram submetidos a diversos trata-mentos visando o aumento da taxa de mutao.Na esperana de obter novos mutantes, Morganinjetou vrias substncias qumicas em diferentesespcies de insetos. Posteriormente, ele expsdrosfilas radiao, idia que deve ter vindo deseu colega da Columbia University, James HowardMcGregor, que foi um dos primeiros a testar oefeito da radiao por rdio em organismos vivos(ele usou gametas e embries de rs).

O fato de algumas das linhagens de D. melano-gaster de Morgan terem sido submetidas radia-o traz a remota possibilidade de que alguns dosprimeiros mutantes descobertos possam ter sidoinduzidos por ela. Contudo, Morgan (1914a) noacreditava nesta hiptese e experimentos subse-

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qentes usando o elemento qumico rdio e raiosX pareciam no produzir mutaes. Foram os tra-balhos de Muller que, posteriormente, demonstra-ram a capacidade mutagnica dos raios X. Mor-gan (1914b) tambm levantou a possibilidade daeterizao das moscas causar mutaes, mas nopde demonstrar se isso realmente ocorria.

E. B. Lewis (comunicao pessoal) acredita queseja pouco provvel que os mutantes encontradosna Sala das Moscas tenham sido induzidos porradiao. Uma das razes para isto que as dosa-gens de radiao usadas por Morgan eram muitobaixas. Lewis suspeita que a causa da taxa elevadade mutaes tenha sido a disgenesia do hbrido1

decorrente de numerosos cruzamentos entre dife-rentes linhagens de D. melanogaster coletadas nocampo. Se essa hiptese for verdadeira, significaque o advento da gentica de Drosophila foi umevento pouco provvel. Se Morgan tivesse usadosomente uma linhagem, quer de Lutz, Castle, Payneou que ele prprio tivesse coletado, a disgenesiado hbrido no teria ocorrido e o fervilhar demutantes no teria sido observado.

Logo aps o primeiro macho de olho brancoter sido descoberto, outros alelos mutantes apare-ceram. Em poucos anos o nmero chegou a 85.Isto se deveu, em grande parte, extraordinriahabilidade de Calvin Bridges para detectar varia-es entre indivduos com anomalias e o tipo sel-vagem. Na verdade, todos na Sala das Moscastinham uma grande habilidade em descobrir novosalelos mutantes. Mesmo Sturtevant, apesar dedaltnico, detectou muitos desses alelos. Umnmero enorme de moscas foi analisado e foi,muito provavelmente, a dedicao, o enfoque ea disciplina desses pesquisadores da Sala dasMoscas, a maior razo para que tanto tenha sidodescoberto em to pouco tempo.

Convm lembrar que as mutaes somticasno so hereditrias e apenas aquelas que ocorremna linhagem germinal que podem ser transmitidass geraes subseqentes. Portanto, as mutaessomticas so aquelas que ocorrem em qualquerclula que no aquelas que iro originar gametas.

1 Disgenesia do hbrido um fenmeno que ocorre quandofmeas de Drosophila melanogaster de linhagens de labora-trio so cruzadas com machos provenientes de certas popu-laes naturais. A prognie apresenta uma srie de defeitos,incluindo esterilidade, devido segregao distorcida nameiose (desvio meitico), mutao e quebras cromossmicas.

MUTAES INDUZIDAS

A natureza e as causas do processo de mutaodespertaram o interesse no s dos geneticistasmas tambm dos evolucionistas. Seriam asmudanas herdveis estudadas na Sala dasMoscas a base da variabilidade necessria evo-luo darwiniana?

A princpio, ningum imaginava que as mudan-as genticas pudessem ser de tamanha magni-tude a ponto de serem reveladas por meio deinvestigaes citolgicas dos cromossomos. Mas,se a natureza fsica da mudana parecia no poderser detectada, possivelmente, o processo da muta-o em si pudesse ser estudado. Isto se tornariaplausvel se as mutaes pudessem ser produzidasexperimentalmente.

As evidncias genticas indicavam que muta-o era um fenmeno raro. Muller, por exemplo,estimou que em D. melanogaster qualquer geneparticular teria uma taxa de mutao da ordemde 1x10-6; ou seja, em uma amostra de 1 milhode gametas seria esperado um portador de umamutao nova em um gene particular. Foi veri-ficado tambm que: a taxa de mutao variavapara diferentes genes; a mutao podia ocorrerem qualquer etapa da vida do organismo; a maio-ria dos alelos mutantes era recessiva; mutaescom efeitos letais ocorriam com muito maisfreqncia do que mutaes com efeitos visveis;um mesmo gene podia sofrer mais de um tipo demutao, originando sries de alelos mltiplos queafetavam um mesmo carter em graus variados;podiam ocorrer mutaes reversas, ou seja, umalelo mutante mutar novamente restabelecendoa condio selvagem. A ocorrncia de mutaoreversa mostrou de forma clara e definitiva que amutao era uma alterao no gene e no umasimples perda do gene. Com isso foi sepultada achamada hiptese da presena ou ausncia,proposta no incio do sculo para explicar asrelaes entre os estados de carter mendelianos.Segundo essa hiptese, um dos estados do carterseria condicionado por um determinado fator e ooutro, pela ausncia do fator.

Inicialmente, nenhum dos experimentos parainduzir modificaes genticas foi conclusivo,uma vez que no se distinguiam as mutaes indu-zidas das espontneas e o planejamento dos expe-rimentos era inadequado. As mutaes que apare-

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ciam em estoques no expostos aos agentes muta-gnicos, para as quais no se podia correlacionarnenhuma causa conhecida, eram chamadas muta-es espontneas. E embora elas fossem raras,tambm o eram as mutaes obtidas por meio deexperimentos onde indutores fsicos ou qumicoseram utilizados. Sendo assim, ao expor-se, porexemplo, D. melanogaster ao elemento rdio, ese observar o aparecimento de um mutante emF

1, F

2 ou em geraes posteriores, no se podia

estar seguro quanto a origem espontnea ou indu-zida da mutao.

Uma vez que o aparecimento de novos alelosmutantes era pouco freqente e praticamentetodos eram recessivos, havia um problema emdetect-los. Assuma, por exemplo, que um geneautossmico no ncleo de um espermatozidesofra uma mutao. Se este espermatozidefecundar um vulo um evento muito poucoprovvel por si s o novo indivduo ter umalelo mutado proveniente do pai e um normal,dominante, proveniente da me. Ao observar-sea prole, no ser possvel detectar o indivduoque carrega o novo alelo mutante, pois este estarem heterozigose.

Por meio de cruzamentos apropriados pode-seproduzir homozigotos para o alelo mutante, maspara isto necessrio que se seja capaz de identificaro heterozigoto original. Como isso no possvelsaber, a alternativa seria realizar inmeros cruza-mentos na esperana de que um deles inclusse oindivduo heterozigtico. Este procedimento impraticvel para aqueles interessados em obterdados quantitativos na produo de mutantes.

H. J. Muller foi a primeira pessoa a dar umasoluo prtica a esse problema. Ele props, em1927, um experimento engenhoso que permitiucomparar, de maneira simples e acurada, a taxade mutao espontnea com a taxa de mutaoinduzida por exposio aos raios X.

Muller s pde elaborar seu famoso experi-mento de quantificao de mutao induzida, quelhe rendeu o prmio Nobel para Medicina e Fisio-logia em 1946, a partir do conhecimento que setinha na poca sobre genes letais e sobre o efeitoinibidor de recombinao gnica exercido pelasinverses cromossmicas.

GENES LETAISEm 1912, Morgan descobriu que um de seus

estoques de moscas selvagens estava apresen-

tando um comportamento peculiar ... algumasfmeas estavam produzindo duas fmeas paraum macho, enquanto que outras fmeas produ-ziam nmeros iguais dos dois sexos.

Morgan imediatamente suspeitou que o distr-bio na proporo sexual tinha algo a ver com ocromossomo X. Diz ele: Se o sexo determi-nado por um fator nos cromossomos sexuaisparece provvel que alguma alterao tenhaocorrido nesse cromossomo.

Com o objetivo de testar essa hiptese, Mor-gan cruzou fmeas daquele estoque com machoswhite. O resultado obtido foi apresentado nosseguintes termos: Algumas das fmeas F

1 deram

uma proporo 2:1. Quando estas fmeas foramcruzadas com machos white, novamente obteve-se os seguintes resultados:

448 fmeas selvagens 2 machos selvagens445 fmeas white374 machos white.

A anlise de Morgan foi brilhante. Ele assumiu,a partir de seu modelo sobre herana ligada aosexo em D. melanogaster, que uma classe demachos selvagens era esperada e sua ausncia,portanto, s poderia ser explicada pela existnciade um fator no cromossomo X que impedisse asobrevivncia das moscas que portassem estefator. Mas se tal fator existisse, como explicar oaparecimento dos dois machos selvagens naprognie? (Fig. 41)

Morgan explicou estes resultados sugerindo aexistncia de algum tipo de fator letal recessivoem um dos cromossomos sexuais das fmeasprodutoras de 2 fmeas para 1 macho. Se nameiose da fmea heterozigtica para white e parao letal, ocasionalmente, o fator letal se separassedo alelo selvagem do gene white, por meio deuma permutao, o cromossomo X recombinanteselvagem originaria um macho normal. E mais,de acordo com sua hiptese da ordenao lineardos fatores nos cromossomos, o suposto fatorletal deveria estar prximo do loco white, j queele se separava do alelo selvagem do white umavez em cada 200 vezes.

Morgan fez uma deduo a partir dessa suahiptese: se o gene letal estivesse realmente toprximo do gene white, a freqncia de permuta-o entre ele e o gene miniature deveria sersemelhante freqncia de permutao entre minia-

126

ture e white. Diz ele: Em resumo, ns previmos aproporo de machos com asas longas e asasminiaturas esperados nos retrocruzamentos, i.e.,quantos machos de asas longas iriam escapar dadose fatal. A previso foi confirmada.

E. A. Carlson, em seu livro THE GENE: A Criti-cal History, considera que a capacidade de loca-lizar um mutante apenas pela ausncia da prognieque deveria cont-lo e de restringir a localizaodesse gene a uma regio conhecida de um dadocromossomo foi um feito mais extraordinrio doque a prpria hiptese da permutao. A propor-o entre as classes de F

2 nestes cruzamentos era

inexplicvel com base em qualquer das hiptesesde Bateson. Na verdade, dez anos antes, o prprioBateson havia previsto a existncia de genes letaiscom base nas anlises da alcaptonria e do albinis-mo realizadas por Garrod, mas sua concepoda teoria gentica impediu que ele prprio fizessea descoberta desses fatores.

SISTEMAS DE LETAIS BALANCEADOS

Em 1917, Muller apresentou uma sensacionalanlise da mutao Beaded que serviu para quatro

X++ X+ l X

w+ Y

X++Xw+ X

w+X

+ l X

++ Y YX

+ l

Xw+

X++ X+ l

P X Y

gametas

F1Fmea

selvagemMacho

selvagemMorreFmea

selvagem

X w+X+ l X

w+ Y

X w+Xw+ X

w+X

+ l X

w+Y YX

+ l

Xw+

X w+X+ l

P X Y

gametas

F1Fmeawhite

Fmeaselvagem

Machowhite

Morre

Figura 41. Representao esquemtica do experimentode Morgan (1912) sobre o alelo letal ligado ao cromos-somo X em Drosophila melanogaster.

Cruzamento-teste

propsitos principais: a) revelou o mistrio deum fator inconstante, as asas beaded; b) provoua existncia da hereditariedade residual quecausa variao de carter; c) explicou as mu-taes obtidas por De Vries em O. glazioviana;d) introduziu um novo conceito para hbridospermanentes.

Beaded uma mutao dominante que causacortes curvos nas bordas das asas. Seus efeitos eramvariveis e podiam ser modificados por seleo.Quando uma mosca Beaded era cruzada com umamosca normal no mais do que metade da prognieapresentava fentipo Beaded. Aps anos de seleo,foi isolada uma linhagem cuja prognie era quase100% Beaded. Umas poucas moscas no-Beadedapareciam irregularmente entre a descendnciaBeaded. Muller props que Beaded era umamutao visvel dominante, mas letal em homozi-gose. Ele sugeriu tambm que a variabilidade daexpresso dessa mutao era devida a outros genesque ele realmente mapeou nos diversos cromos-somos de D. melanogaster.

Finalmente, ele lanou a hiptese de que alinhagem Beaded estvel era resultante dapresena de outro gene com um alelo letal nocromossomo homlogo ao portador do aleloBeaded, o qual seria da mesma natureza do letaldescrito por Morgan em 1912, um recessivosimples. A conseqncia desse estado era umaletalidade balanceada que matava qualquer umadas prognies homozigticas mas permitia asobrevivncia dos heterozigticos. (Fig. 42)

Os sobreviventes com asas normais seriamresultado de permutaes entre os dois genesletais (nesse sentido, eles seriam como os ma-chos selvagens que escapavam da morte no expe-rimento de Morgan, por serem produtos dapermutao entre o gene letal e o white). Mullerdiz o seguinte a esse respeito: Esta extraordi-nria condio gentica, em que ambos os homo-zigticos no aparecem devido a ao de fatoresletais em cromossomos opostos [homlogos]pode ser chamada condio de fatores letaisbalanceados.

Se as plantas de De Vries (Oenothera glazio-viana) fossem igualmente letais balanceados, elasproduziriam recombinantes com caractersticasrecessivas mantidas em heterozigose por inmerasgeraes. Essas novas caractersticas apareceriamna populao em freqncias muito mais altas doque as mutaes simples encontradas na mosca

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Bd

* *

+ Bd

* *

+X

Bd

* *

+ Bd

* *

+

Bd

* *

Bd

* *

+

* *

+Bd

* *

+Bd +SelvagemBeaded BeadedMORRE

Herana do alelo Beaded em condiono-balanceada

P

gametas

F1

Bd

* l

+ Bd

* l

+X

Bd

* l

+ Bd

* l

+

Bd

* *

Bd

* l

+

l l

+Bd

l *

+Bd +Beaded BeadedMORRE

Herana do alelo Beaded em condiobalanceada

P

gametas

F1

MORRE

Figura 42. Herana do estado de carter asas Beadedna condio letal no-balanceada e na condio letalbalanceada. Homozigotos para o alelo Beaded nopodem ser obtidos pois esse alelo letal em homozigose.Uma homozigosidade aparente ocorre quando um aleloletal de um outro gene, sem efeitos visveis, est presenteno cromossomo homlogo ao que contm o alelo Beaded.Isso ocorre porque ambas as prognies homozigticasmorrem; uma por ter o alelo Beaded em homozigose e aoutra por ter o outro letal em homozigose. (* = aleloselvagem; l = alelo mutante letal recessivo).

INVERSES CROMOSSMICAS E ASUPRESSO DA RECOMBINAO GNICA

Por volta de 1915, observou-se que algunsestoques de Drosophila melanogaster apresenta-vam uma taxa muito pequena de recombinaoentre determinados locos. Este fato chamou aateno dos pesquisadores da poca, uma vez quea porcentagem de ocorrrncia de recombinantesse constituia em um dado fundamental para a loca-lizao de locos gnicos. A causa para a reduoda recombinao, embora no fosse conhecida,era herdada e sendo assim poderia ser estudada.Imaginou-se a existncia de um fator redutorde recombinao que seria herdado como umgene mendeliano simples. Este suposto fatorestava localizado na regio do mapa cuja recombi-nao ele afetava. Alm disso, o suposto fator seexpressava apenas na condio heterozigtica.

Em 1926, Sturtevant publicou os resultadosobtidos com moscas portadoras de um destesfatores que suprimia a recombinao entre geneslocalizados no brao direito do cromossomo III(fator CIII). Por meio de cruzamentos bem plane-jados, ele conseguiu determinar que a ordem dequatro dos genes presentes na regio cromos-smica onde a recombinao era suprimida noera a mesma que a do mapa gnico daquelecromossomo. Enquanto nas linhagens normais aordem dos genes era ABCD, na linhagem porta-dora do fator CIII a ordem desses mesmosgenes era ACBD.

Sturtevant concluiu que este e, possivelmente,os demais fatores inibidores de recombinao eraminverses de regies especficas dos cromossomos.

Suponha um conjunto de locos hipotticos quenormalmente ocorrem ao longo do cromossomona ordem abcdefg; um cromossomo que apresenteestes locos na ordem abedcfg contm uma inverso.As inverses so formadas quando um cromossomosofre quebras em duas partes, neste caso entre b e ce entre e e f, seguidas de uma rotao de 180o dosegmento central e posterior fuso com as pontasterminais, b e f, do cromossomo original.

Foi sugerido, ento, que a recombinao erasuprimida, porque durante a meiose os cromos-somos no podiam se emparelhar na regio ondeum dos homlogos contivesse a seqncia de locosnormal e, o outro, a seqncia invertida. As observa-es de cromossomos invertidos na meiose de milhoe, mais tarde, em clulas de drosfilas com cromos-

D. melanogaster. Portanto, os mutantes descritospor De Vries no seriam resultado de novas muta-es, mas sim de permutaes raras entre gruposde alelos normalmente mantidos em heterozigose.

128

somos politnicos mostraram, no entanto, que oemparelhamento cromossmico, em geral, ocorree forma uma espcie de ala no bivalente.

Nos segmentos invertidos emparelhados podeocorrer permutao com formao de quiasmase de cromtides recombinantes que tero consti-tuies distintas se o centrmero estiver situadodentro ou fora do segmento invertido. (Fig.43)

a. Se a inverso no inclui o centrmero (inversoparacentromrica), a permutao originaruma cromtide sem centrmero e outra comdois centrmeros. A primeira no puxada paraos plos onde se formam os ncleos-filhos; a

segunda fica unida aos dois plos celulares,formando na anfase I da meiose uma pontecromatdica que termina por se romper. Issofaz com que os nicos produtos viveis dessameiose sejam as cromtides que no sofrerampermutao dentro do segmento invertido.

b. Se a inverso inclui o centrmero (inversopericentromrica), a permutao originarcromtides recombinantes com deficincia dealguns genes e com duplicao de outros. Osgametas que recebem estes cromossomos, emgeral, no formam zigotos viveis. Assim, nose formam recombinantes entre os genes conti-dos no segmento invertido.

A

Figura 43. Permutaes mpares dentro da ala que se forma pelo emparelhamento entre cromossomos homlogosde indivduos heterozigticos para inverso paracentromrica ( direita) e para inverso pericentromrica ( esquerda).Como resultado da meiose formam-se dois cromossomos parentais e dois recombinantes cujos gametas resultantesso, em geral, inviveis por possurem deficincia ou duplicao de genes (extrado de Griffiths et al., 2.000).

Emparelhamento

Permutao naala

Meiose

Fragmento semcentrmero( perdido)

Ponte cromossmica(quebra em qualquer ponto)

Produto com deficincia

Produto com deficincia

Produto normal

Produto com inverso

Inverso pericentromrica em heterozigoseInverso paracentromrica em heterozigose

Emparelhamento

Meiose

Final dameiose I

Final dameiose II

Duplicao de ADeficincia de D

Duplicao de DDeficincia de A

Normal

Com inverso

Permutao naala

Produtos

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O MTODO ClB DE MULLER

A descoberta do sistema balanceado de genesletais e do efeito supressor de recombinao dasinverses permitiu que Muller planejasse e cons-trusse uma linhagem especial de drosfilaschamada ClB. Com essa linhagem ele podia medira taxa de mutao para o estado letal de geneslocalizados no cromossomo X.

Uma fmea ClB tem um dos seus cromossomosX portando uma grande inverso (C), um alelorecessivo letal (l) e o alelo dominante bar (B). Osloci l e B esto includos na regio invertida C.

Muller estrategicamente escolheu os genes l eB includos na regio invertida C, pois assim elespermaneceriam ligados (a inverso impediriaque eles fossem separados por permutao).

O alelo dominante B serviria como um meioimediato de reconhecer as fmeas heterozigticaspara o cromossomo ClB, pois uma mutaodominante facilmente visvel. As fmeas portadorasde dois cromossomos ClB no seriam viveis poiso alelo letal l entraria em homozigose levando-as morte. Da mesma forma, os machos portadoresdo cromossomo ClB em hemizigose morreriam.

Quando uma fmea heterozigtica para ocromossomo ClB cruzada com um macho selva-gem. A metade de suas filhas selvagem e a outrametade tem os olhos bar, sendo, portanto, porta-doras do cromossomo ClB. Os filhos que recebe-ram o cromossomo ClB morrem por no possu-rem o alelo dominante capaz de inativar o efeitodo alelo letal l. A proporo sexual , ento, de 2fmeas para 1 macho.

Como mencionado anteriormente, na pocaem que Muller estava fazendo estes experimen-tos, era sabido que genes em locos diferentespodiam mutar e causar a morte e que estes genesletais eram quase sempre recessivos. J quediferentes locos podem mutar para um estadoletal, a chance de se obter uma mutao letalqualquer bem maior do que a de se obter umamutao em um loco especfico. Assim, se estu-darmos a taxa de mutao para uma condioletal do cromossomo X, estaremos estimando asoma das taxas para todos os locos que podemmutar de maneira a levar a prole de machos morte. O nmero destes locos pode ser grande,mas no ser conhecido.

O estoque ClB permitiu a Muller medir afreqncia com que locos gnicos num cromosso-

mo X de uma fmea qualquer de D. melanogasterpoderia portar um alelo letal. A inteno deMuller era determinar a taxa espontnea destetipo de mutao e, com esta informao, testar oefeito dos possveis agentes mutagnicos (porexemplo, do raio X).

O mtodo desenvolvido por Muller, esquema-tizado na figura 44, permite que seja estimada afreqncia com que ocorre uma mudana para oestado letal, de qualquer um dos alelos do cromos-somo X dos machos da gerao parental; o l in-dica presena desta mutao.

Note que o X do macho ser transmitido parasuas filhas. Se uma das filhas receber um cromos-somo X do pai com uma nova mutao letal, elaficar com esse cromossomo e com o ClB recebi-do da me. Por que esta fmea no morre, uma vezque ela possui um alelo letal em cada um dos seuscromossomos X? Neste caso, o gene letal recm-mutado no est no mesmo loco gnico, ou seja,no alelo do gene letal presente no cromossomoClB homlogo. Sendo assim, cada um dos alelosletais ser inibido por um alelo normal presente nocromossomo homlogo. A confuso vem do fatode os dois alelos mutantes, embora em locosdiferentes, receberem o mesmo nome letal.

Como mutao um fenmeno raro, a maioriadas fmeas F

1 receber cromossomos X normais

de seus pais e, portanto, elas s possuiro o aleloletal do cromossomo ClB.

As fmeas ClB da gerao F1 sero cruzadas

com seus irmos machos normais. Cada fmeaser, ento, separada em um vidro de cultura in-dividual para que sua descendncia seja analisada.

Uma fmea no portadora de mutao letalno cromossomo recebido do pai produzir umaprognie constituda por 2 fmeas para 1 macho.Metade das fmeas ser Bar (possuidoras docromossomo ClB) e metade ser selvagem; osmachos sero todos selvagens, pois os quereceberam o cromossomo ClB morreram.

Como mostrado na parte inferior da figura44, uma fmea F

1 que tenha recebido um cromos-

somo X do pai com uma nova mutao letalproduzir apenas fmeas na descendncia: metadecom fentipo Bar (portadoras do cromosssomoClB) e a metade com fentipo normal, emborasejam portadoras do novo letal. No haver ma-chos. Metade deles morrer por receber o cromos-somo ClB e a outra metade por receber o cromos-somo X portador da nova mutao letal.

130

Embora D. melanogaster seja uma moscapequena, possvel distinguir os machos dasfmeas a olho nu. Assim, Muller podia, comrapidez, verificar se seus tubos de cultura conti-nham ou no machos. Foi, ento, possvel formu-lar a questo: Qual a freqncia com quequalquer loco no cromossomo X muta para umalelo letal?

Como suspeitava-se que esta porcentagem eramuito pequena, milhares de cruzamentos foramfeitos. Muller observou que, aproximadamente,

uma fmea F1 em mil (0.1 por cento) apresentava

apenas fmeas na prognie. Esta era, portanto, ataxa espontnea de mutao letal. Vale lembrar,mais uma vez, que esta no a taxa para apenasum gene, mas para todos os genes do cromos-somo X que podem mutar para um estado letal.

Embora Morgan e outros pesquisadores tives-sem concludo uma dcada antes que os raios Xno induziam mutaes, Muller observou que,na verdade, isto ocorria. Quando os machos eramexpostos a, aproximadamente, 4000r de raios X,uma fmea F

1 em 10 apresentava apenas fmeas

na prognie portanto, uma taxa de mutao 100vezes maior do que a taxa de mutao espontnea.

Muller demonstrou que os raios X podiam serutilizados para induzir mutaes nem todas letais, claro. De fato, foi observado que os raios Xpodiam induzir no apenas mutaes gnicas mastambm inverses, translocaes ou deficincias(perda de um segmento do cromossomo).

Os cromossomos e genes de D. melanogasterpoderiam a partir da ser modificados de maneira apermitir que os geneticistas respondessem a vriasquestes antes impossveis de serem respondidas.

Alm da importncia do dado e das conclusesobtidas, no se pode esquecer o fato de que omtodo ClB desenvolvido por Muller foi bastanteengenhoso. Em muitos momentos, principalmentequando nas mos de um pesquisador criativo, D.melanogaster pde ser moldada segundo asnecessidades dos experimentos. Ao construir ogenoma das moscas ClB, Muller foi capaz dedetectar a ocorrncia de um fenmeno muito raro.Uma vez que ele j podia medir, com preciso, ataxa de mutao espontnea, ele pode determinaro efeito mutagnico de vrias condies externas.Este foi o incio de uma linha de pesquisa que to importante para ns hoje em dia - a detecode radiaes e substncias qumicas txicas capa-zes de induzir mutaes.

MUTAES HOMETICAS

Discos imaginais so aglomerados celularespresentes no corpo das larvas de insetos holome-tablicos a partir das quais se desenvolvem (dife-renciam-se) as estruturas do corpo do adulto,durante o estgio de pupa.

Uma mutao que faz com que, durante odesenvolvimento (metamorfose), uma determinadaestrutura do corpo seja substituda por outra

+ +X

+ l

+ +

P

gametas

F1

+X

+

gametas

F2

MORRE

ClB

Raios X

ClB

ClB

ClB ll

1212121212121212121212

1212121212121212121212

12121212121212121212

FmeaBar

Fmeaselvagem

Machoselvagem

ClB l

12121212121212121212

ClB

ClB

ClB

l

1212121212121212121212

l

1212121212121212121212 l

1212121212121212121212

+

+

MORRE

FmeaBar

MORRE Fmeaselvagem

Figura 44. Representao esquemtica do mtodo ClBde Muller para deteco de mutaes letais no cromos-somo X de Drosophila melanogaster.

131

denominada mutao hometica. Em outraspalavras, mutaes hometicas so mutaes quemudam o destino de um disco imaginal. A mutaoAntennapedia em Drosophila melanogaster, porexemplo, transforma a determinao do disco ima-ginal de antena em disco imaginal de perna, o queresulta em uma imago (inseto adulto) que apresentaapndices em forma de perna na regio da cabeaonde, na ausncia dessa mutao, normalmente seformaria uma antena. (Fig. 45)

PARTE A: REVENDO CONCEITOS BSICOS

Complete as frases de 1 a 8 com as alternativasabaixo:(a) inverso cromossmica(b) inverso pericntrica(c) inverso paracntrica(d) fenocpia(e) mutao cromossmica(f) letalidade balanceada(g) agente mutagnico(h) gene letal(i) mutao reversa(j) mutao somtica(k) mutao germinal(l) mutao hometica

1. D-se o nome de ( ) a qualquer alteraopermanente na constituio cromossmica de umorganismo.

2. Uma substncia qumica ou um fator fsico(por exemplo: raios X, luz ultra violeta etc.) capazde alterar o material hereditrio chamado ( ).

3. Muller, em 1917, props a hiptese de ( )para explicar o fato de a linhagem Beaded serestvel apesar de ser portadora de uma mutaoletal; segundo essa hiptese, as prognieshomozigticas morriam restando apenas os indi-vduos heterozigticos.

4. Um rearranjo intracromossmico que resultana rotao de 180o de um segmento cromos-smico chamado ( ).

EXERCCIOS

5. ( ) aquele cujo efeito fenotpico suficien-temente drstico para matar seu portador.

6. Quando o centrmero est incluido em umsegmento cromossmico invertido, fala-se em ( ).

7. Quando o centrmero est fora da regioinvertida, fala-se em ( ).

8. Uma alterao hereditria em um alelomutante que restabelece a condio selvagem denominada ( ).

9. Um fentipo (no-hereditrio) induzido peloambiente, que simula um fentipo sabidamenteproduzido por uma mutao herdvel denomi-nado ( ).

10. ( ) uma mutao que ocorre em clulasque no iro originar gametas, ou esporos.

11. ( ) uma mutao que ocorre em clulasque iro originar gametas, ou esporos.

12. Uma ( ) aquela que modifica o destinode um disco imaginal.

PARTE B: LIGANDO CONCEITOS E FATOS

Utilize as alternativas abaixo para responder asquestes 13 e 14.(a). Bateson (c). Muller(b). Morgan (d). Sturtevant

13. A demonstrao de que raios X causammutao foi feita por ( ).

Olho

Antena

Apndice emforma de perna

A B

Figura 45. Esquemas da cabea de adultos deDrosophila melanogaster, em vista anterior,mostrando o efeito da mutao hometicaAntennapedia no fentipo. A. Imago comfentipo selvagem: antenas normais. B. Imagoportadora da mutao: a parte distal dasantenas foi substituda por apndices em formade pernas (extrado de Gardner et al., 1991).

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14. A hiptese de que os fatores redutores depermutao eram inverses cromossmicas foifeita por ( ).

15. Inverses cromossmicas impedem recom-binao porquea. um cromossomo portador de inverso noconsegue se emparelhar com seu homlogonormal.b. indivduos homozigticos para cromossomosportadores de inverso so inviveis.c. permutao entre cromossomos portadoresde inverso geram genes letais.d. uma permutao, dentro da regio invertida,entre um cromossomo portador de inverso eseu homlogo normal origina cromossomosrecombinantes inviveis.

16. Com relao ao cromossomo ClB, cons-trudo por Muller, pode-se dizer quea. machos portadores desse cromossomo soviveis.b. fmeas diplides portadoras de um pardesses cromossomos so inviveis.c. trata-se de um tipo especial de autossomo.d. trata-se de um cromossomo Y especial.

17. O mtodo ClB de Muller permite estimara freqncia com que ocorre (m)a. uma mutao recessiva no cromossomo X.b. mutaes recessivas no cromossomo X .c. uma mutao letal recessiva no cromossomo X.d. mutaes letais recessivas no cromossomo X.

Utilize as alternativas abaixo para responder asquestes 18 e 19.a. cada um dos cromossomos recombinantesapresenta dois centrmeros.b. nenhum dos cromossomos recombinantesapresenta centrmero.c. um dos cromossomos recombinantes apre-senta dois centrmeros e o outro, nenhum.d. os cromossomos recombinantes, apesar deapresentarem centrmeros normais, tmdeficincia ou duplicao de genes.

18. A ocorrncia de uma permuta na regioinvertida em indivduos heterozigticos parauma inverso cromossmica paracentromricano produz recombinantes porque ( ).

19. A ocorrncia de uma permuta na regioinvertida em indivduos heterozigticos parauma inverso cromossmica pericentromricano produz recombinantes porque ( )

PARTE C: QUESTES PARA PENSAR E DISCUTIR

20. Por que a descoberta de mutaes reversasderrubou a hiptese da presena ou ausncia?

21. Por que Morgan concluiu que o suposto fatorletal, descrito em seu trabalho de 1912, estariaprximo ao loco gnico white?

22. Por que era impossvel obter uma linhagemBeaded pura?

23. Como Muller explicou o aparecimento de umalinhagem Beaded que apenas esporadicamenteproduzia descendentes selvagens?

24. Que tipo de estratgia usada para semanter uma linhagem ClB em laboratrio?

25. Qual o procedimento usado para se medir ataxa de mutao letal por meio do sistema ClB?

26. Drosfilas aparentemente normais foramcruzadas entre si, na descendncia de um doscasais obteve-se: 202 fmeas e 98 machos.Proponha uma explicao gentica para esteresultado. Proponha um teste para a sua hiptese.

27. Em uma grande maternidade, de 100 milcrianas nascidas, 10 eram portadoras deacondroplasia; uma anomalia autossmicadominante, com penetrncia completa. Destas 10crianas somente 2 tinham um dos pais afetados.Com base nessas informaes estime a freqnciade mutao para acondroplasia nos gametas.

28. Suponha uma petnia heterozigtica, coma seguinte distribuio de genes em um par decromossomos homlogos ABCDEFGHI /abcdhgfei ( representa o centrmero).

a) Esquematize o emparelhamento desse parde cromossomos na prfase I da meiose. Identi-fique as partes do seu diagrama.

b) Identifique as cromtides de um cromossomocomo 1 e 2 e as cromtides de seu homlogocomo 3 e 4. Considere a ocorrncia de umapermutao entre os locos G e H das crom-tides 2 e 3 e faa o esquema dos resultadosdestas permutaes na anfase I. Quais osgentipos dos gametas, resultantes destameiose, que dariam origem a descendentesviveis?