Gentica Clssica uma breve histria dos mecanismos de

Genética Clássica: uma breve história dos mecanismos de herança Prof° Neyvan Rodrigues

O que é genética? l É o estudo dos genes e de sua transmissão para as gerações futuras. l É dividida em: Genética Clássica Mendel (1856 – 1865) Genética Moderna Watson e Crick (1953). - -

Gene - Genética Clássica unidade fundamental da hereditariedade. - Genética Moderna pedaço de DNA que codifica uma proteína.

Proteína

Conceitos Gerais l l Gene: fragmento de DNA que pode ser transcrito e/ou traduzido. Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene. Alelos: genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos. Homólogos: cromossomos que apresentam mesmo tamanho, forma e posição de centrômero em células diplóides.

Cromossomos Homólogos l São cromossomos que apresentam genes para as mesmas características para as mesmas posições. l Um homólogo veio do pai e outro da mãe.

Genes Alelos l P P c C Genes alelos IA IB a a Genes presentes nos mesmos locais nos cromossomos homólogos.

Tamanho do Pé Cor de Cabelo Tipo Sanguíneo Temperamento

Conceitos Gerais l l Genótipo: conjunto de genes para um determinado caráter. Fenótipo: características observáveis de uma espécie, que são determinadas por genes e que podem ser alteradas pelo ambiente. Fenocópia: indivíduo com fenótipo modificado por influências ambientais sem alteração do genótipo correspondente, de modo que fica semelhante (imita) a um fenótipo existente. Alelo Letal: com efeito mortal (completo ou incompleto).

Fenótipo l São as características manifestadas por um indivíduo. l São características morfológicas, fisiológicas ou comportamentais. l É determinado pelo fenótipo, mas pode ser modificado pelo ambiente.

Fenótipo F = G + A (Fenótipo é igual ao genótipo do indivíduo mais a ação do ambiente). l Ex. : cor de pele, textura do cabelo, tipo sangüíneo, etc.

Genótipo l Constituição gênica do indivíduo, isto é, são os genes que ele possui em suas células e que foram herdados seus pais. l Representado por letras. l Ex. : A, z, T, b. . .

Conceitos Gerais l l Alelo Dominante: aquele que sempre que está presente se manifesta, seja com apenas um alelo ou em duplicata. Alelo Recessivo: aquele que só se manifesta na ausência do dominante, ou seja, somente quando está com alelos em duplicata (dose dupla). Homozigoto ou “Puro” : indivíduo que apresenta alelos iguais para um ou mais caracteres. Heterozigoto ou “Híbrido” : indivíduo que apresenta alelos diferentes para um ou mais caracteres.

Conceitos Gerais l l l Penetrância completa: quando, em relação a determinado gene, todos os indivíduos portadores de um genótipo manifestam o fenótipo correspondente. Penetrância incompleta: quando a presença do genótipo não determina o fenótipo correspondente em todos os indivíduos portadores. Carga genética: alelos que diminuem a adaptabilidade do indivíduo.

Homozigose l Seres diplóides apresentam duas cópias de cada gene cada um em um cromossomo homólogo. l O indivíduo homozigoto apresenta dois alelos de um gene iguais, sejam eles genes dominantes ou recessivos. l Ex: AA, bb, ZZ, pp. .

Heterozigose l Indivíduos que apresentam dois alelos DIFERENTES de um gene são chamados DIFERENTES heterozigotos. l Ex. : Aa, Bb, Pp, IA IB, Zz. . .

Dominância l Alelos que se expressam da mesma forma nas condições homozigótica e heterozigótica são chamados dominantes. l Ex: Indivíduos RR e Rr para o fator Rh são Rh+.

Recessividade l Alelos que não se expressam na condição heterozigótica são denominados recessivos. l Ex. : o alelo r, uma vez que um indivíduo rr é Rh-.

Alelos Letais l l Provocam a morte ou não desenvolvimento do embrião. Determinam um desvio nas proporções fenotípicas esperadas, geralmente 2: 1. Aa AA Aa Aa Aa aa

Alelos Letais na espécie humana l l l Doença de Tay-Sachs – apresentam paralisia, cegueira e morte 2º ano de vida. (Afetado é ss) Acondroplasia - tipo de nanismo em que a cabeça e o tronco têm tamanho normal mas as penas e braços são muito curtos. Braquidactilia – BB morrem e apenas Bb sobrevivem ao nascer.

Produção de Gametas Que tipo de gametas um indivíduo Aa pode Aa produzir? A Ovogônia (2 n) a A a

Espermatozóide n Óvulo n Zigoto 2 n

Heredogramas

O que é um heredograma? l l l Também chamado do pedigree ou genealogia. Representa as relações de parentesco entre indivíduos. Representa o padrão de certa herança em uma família.

Genealogias ou Heredogramas sexo masculino sexo feminino indivíduos que apresentam o caráter estudado filhos ou descendentes sexo desconhecido casamento ou cruzamento gêmeos dizigóticos casamento ou cruzamento consangüíneo gêmeos monozigóticos

Como montar um heredograma? Como fica esse heredograma? l Um homem normal, cujo pai era afetado e a mãe era normal, casa-se com uma mulher normal cujos pais também eram normais. Esse casal tem seis filhos: duas mulheres e um homem afetados, uma mulher normal, um homem e uma mulher afetados nessa ordem.

Afetados Normais

Um homem normal, cujo pai era afetado e a mãe era normal, casa-se com uma mulher normal cujos pais também eram normais. Esse casal tem seis filhos: duas mulheres e um homem afetados, uma mulher normal, um homem e uma mulher afetados nessa ordem.

Probabilidades l Regra do “e” l Regra do “ou”

Probabilidade em Genética Probabilidade é a relação entre um ou mais eventos esperados e o número de eventos possíveis. P= Regra do “E” eventos esperados eventos possíveis A probabilidade de dois ou mais eventos independentes ocorrerem simultaneamente é igual ao produto das probabilidades de ocorrerem separadamente. Regra do “OU” A probabilidade de dois ou mais eventos mutuamente exclusivos ocorrerem é igual a soma das probabilidades de ocorrerem separadamente.

Probabilidade combinação de eventos C = nº de combinações possíveis. n = número total de filhos s = eventos alternativos. Ex: Qual a probabilidade de Paulo e Joana terem cinco filhos, sendo três meninos e duas meninas ?

l Um casal, ambos polidáctilos e de visão normal, tem uma criança normal para polidactilia, mas míope. Considerando-se que ambas as anomalias são autossômicas e os respectivos genes estão em cromossomos diferentes, responda: a) Qual a probabilidade do casal ter outra criança normal para polidactilia e míope? Qual a probabilidade do casal ter outra criança normal para polidactilia ou míope? Qual a probabilidade do casal ter outra criança normal para as duas características? b) c)

Que tipo de gametas os indivíduos abaixo podem produzir? l l l l AA Bb Bb AABB aabb AAbb Aa. Bb

Cruzamentos Gametas produzidos pelo pai Gametas produzidos pela mãe Cruzamento l A partir dos cruzamentos os geneticistas podem prever a transmissão dos genes em uma família. l É utilizado o “quadro de Punnett”.

Como fazer um cruzamento? 1. 2. 3. 4. Leia com cuidado o enunciado e faça uma legenda respondendo a pergunta: qual é a característica em questão? Destaque qual característica é condicionada pelo gene dominante e qual é pelo gene recessivo. Descubra qual é o genótipo dos pais (caso não tenha sido dito no problema). Descubra quais tipos de gametas os pais podem produzir.

Como fazer um cruzamento? 5. 6. 7. 8. 9. Coloque os gametas produzidos pelos pais no quadro de Punnett. Faça o cruzamento. Monte o genótipo. Monte o fenótipo (a legenda te ajuda nesse passo) Responda a questão.

l O gene A determina cor de olho castanho e o gene a determina cor de olho azul. Um homem de olho azul se casa com uma mulher heterozigota de olhos castanhos. Qual é a probabilidade deste casal ter filhos de olhos azuis? l Um homem normal, filho de pai normal e mãe albina, casou-se com uma mulher normal heterozigota. Qual a probabilidade de nascerem filhos albinos nesse casamento?

Cruzamento-Teste (Test-Cross) l l l Utilizado para se saber se um indivíduo com fenótipo dominante é homozigoto ou heterozigoto. Consiste em cruzar o indivíduo em questão com um indivíduo com fenótipo recessivo e analisar as proporções fenotípicas nos descendentes. Obtendo-se 100% de indivíduos dominantes, o testado é, com certeza, homozigoto. Obtendo-se 50% de dominantes e 50% de recessivos, então o testado é heterozigoto. Quando é utilizado o genitor recessivo para o teste o processo é chamado de retrocruzamento ou back-cross.

Prováveis Tipos de Herança Autossômica recessiva Ligada ao Y (holândrica) Autossômica dominante

Prováveis Tipos de Herança Ligada ao X recessiva Ligada ao X dominante

GENÉTICA MENDELIANA

Genética Mendeliana l l l Gregor Mendel (1822 -1884), monge austríaco, é considerado o “pai da Genética”. Desenvolveu seus trabalhos com plantas de ervilha (Pisun sativum) observando a transmissão hereditária de várias características. Em 1865 publicou o artigo "Experiments with Plant Hybrids" que foi ignorado. A partir de 1900 vários pesquisadores confirmaram seus resultados. Suas duas leis ainda hoje são base para os estudos genéticos.

Genética Mendeliana l l Por que ervilhas? Fácil cultivo em canteiros. Várias características contrastantes e de fácil observação. Ciclo vital curto e grande número de descendentes (sementes). Predomina reprodução por autofecundação, portanto linhagens naturais são puras.

1 a Lei de Mendel “Pureza dos Gametas” “As características dos indivíduos são condicionadas por um par de fatores (genes), que se separam durante a formação dos gametas, indo apenas um fator do para cada gameta”.

HERANÇA MONOGÊNICA OU MONOIBRIDISMO Monoibridismo ou 1ª Lei de Mendel: 1 gene 2 alelos 1 característica fenotípica dominância completa ausência de dominância: ausência de dominância herança intermediária ou dominância incompleta co-dominância Pleiotropia: 1 gene 2 alelos várias características fenotípicas

Dominância Completa O indivíduo heterozigótico apresenta o fenótipo condicionado pelo alelo dominante, ou seja, o alelo recessivo só se manifesta em homozigose. Existem apenas dois fenótipos possíveis. Exemplos: covinha no queixo dominante em relação ao queixo liso. covinhas na face dominante sobre sua ausência. sardas dominante sobre sua ausência.

Dominância Completa l Polidactilia (6 dedos) dominante sobre número normal de dedos (5 dedos): § § penetrância incompleta (60%) nem todos os indivíduos que apresentam o genótipo favorável manifestam o fenótipo correspondente (no caso em questão, apenas 60% o manifestam); expressividade variável alguns indivíduos possuem dedos extras nas mãos e nos pés; outros, apenas mãos ou apenas nos pés; outros ainda, apenas em uma das mãos ou em um dos pés.

Penetrância e Expressividade l l Penetrância - corresponde à probabilidade de que um gene tenha qualquer expressão fenotípica: porcentagem de pessoas com um determinado genótipo que manifestam a característica pelo menos em algum grau. Por exemplo, se a penetrância de uma característica é de 50%, ou seja, 50% dos indivíduos que possuem o gene relacionado com a característica serão afetados. Expressividade: Representa a variabilidade da expressão do fenótipo, ou seja, a graduação do fenótipo ou o quanto é expresso.

Dominância Completa l Proporções fenotípicas esperadas a partir do cruzamento entre heterozigotos: Gametas A a A AA Aa aa ¾ dominantes: ¼ recessivos 3: 1

Ausência de Dominância Herança intermediária ou dominância incompleta: o indivíduo heterozigótico vai apresentar um fenótipo diferente dos indivíduos homozigóticos quando o heterozigoto expressa um fenótipo intermediário entre os dois homozigotos. Exemplo: cabelos crespos x cabelos lisos cabelos ondulados.

Dominância Incompleta – quando o heterozigoto manifesta um fenótipo intermediário entre aqueles condicionados pelos alelos em homozigose l Um exemplo bastante comum é a expressão da cor das flores da planta Mirabilis jalapa, chamada popularmente de maravilha. Nesta o genótipo V V condiciona flores vermelhas, o genótipo B B condiciona flores brancas, e o genótipo V B condiciona flores róseas (fenótipo intermediário.

Ausência de Dominância Co-dominância: quando o heterozigoto expressa os dois fenótipos dos homozigotos ao mesmo tempo. Neste caso vai apresentar um fenótipo que resulta da mistura dos dois indivíduos homozigóticos antagónicos Exemplo: sistema sangüíneo MN Proporções fenotípicas esperadas a partir do cruzamento entre heterozigotos: Gameta s M N MM MN MN NN 1/4 homozigoto A: 2/4 heterozigoto: 1/4 homozigoto B 1: 2: 1

Co-dominância – os dois alelos do par são ativos e manifestam-se simultaneamente l Em gado de raça shorthorn, o alelo (V) para vermelho não é dominante sobre o alelo para pêlo branco (B). A combinação heterozigota (VB) produz gado ruão.

Monoibridismo com Dominância Completa l l l Herança condicionada por um par de alelos. Dois fenótipos possíveis em F 2. Três genótipos possíveis em F 2. Proporção fenotípica 3: 1 Proporção genotípica 1: 2: 1 Ex. : cor das sementes em ervilhas. P amarelas x verdes l VV vv F 1 100% amarelas Vv F 1 amarelas x amarelas Vv Vv F 2 75% amarelas VV Vv 25% verdes vv

Monoibridismo com Dominância Incompleta l l l Herança condicionada por um par de alelos. Três fenótipos possíveis em F 2. Três genótipos possíveis em F 2. Proporção fenotípica l Ex. : cor das flores em Maravilha. P vermelhas x brancas VV BB F 1 100% rosas VB 1: 2: 1 F 1 rosas x rosas VB VB 1: 2: 1 F 2 25% vermelhas VV 50% rosas VB 25% brancas BB Proporção genotípica

2 a Lei de Mendel “Segregação Independente” “Na herança de duas ou mais características, os fatores, segregados na formação dos gametas, não se fundem no híbrido, mas se distribuem independentemente nos gametas segundo todas as combinações possíveis”.

2ª Lei de Mendel

Diibridismo l l Herança determinada por dois pares de alelos independentes que condicionam duas características. Quatro fenótipos diferentes são encontrados em F 2, combinando os caracteres dominantes e recessivos. A proporção fenotípica clássica em F 2 é 9: 3: 3: 1. Ex. : cruzamento de sementes de ervilhas amarelas/lisas (puras) com verdes/rugosas (puras). P F 1 VVRR vvrr amarelas/lisas x verdes/rugosas Vv. Rr 100% amarelas/lisas (híbridas) Vv. Rr amarelas/lisas x amarelas/lisas

Diibridismo Gametas da F 1 VR Vr v. R vr VR VVRr Vv. RR Vv. Rr Vr VVRr VVrr Vv. Rr Vvrr v. R Vv. Rr vv. RR vv. Rr vr Vv. Rr Vvrr vv. Rr vvrr Proporção Fenotípica em F 2 amarelas/lisas verdes/lisas amarelas/rugosas verdes/rugosas

POLIIBRIDISMO l 2ª Lei de Mendel ou Lei da Segregação Independente. 2 ou mais genes 2 alelos por gene 1 ou mais características fenotípicas www. bioloja. com

Meiose e Poliibridismo

Poliibridismo sem Interação Gênica 2 ou mais genes 2 alelos por gene 2 ou mais características fenotípicas Sistemas ABO e Rh Alelos do sistema ABO: IA, IB, i Locos do sistema Rh: § D ou RHD (responsável pelo fenótipo conhecido como Rh positivo) ligado a RHCE locus 1 p 36. 2 -p 34. 3. Mutações que impedem a produção do antígeno D d: D-negativo ou Rh-negativo. § Antígenos: D, ce, c. E, Ce ou CE. www. bioloja. com

Poliibridismo sem Interação Gênica IAi. Rh+(Dd) x IAi. Rh+(Dd) Gametas I AD I Ad i. D I AD IAIADd IAi. DD I Ad IAIADd IAIAdd IAi. Dd i. D IAi. Dd ii. DD id IAi. Dd IAidd ii. Dd iidd www. bioloja. com

Poliibridismo sem Interação Gênica l Proporções fenotípicas esperadas a partir do cruzamento entre indivíduos diíbridos: 9: 3: 3: 1. (3: 1) 2 l Proporções fenotípicas esperadas a partir do cruzamento entre indivíduos trihíbridos: (3: 1)3; onde 4 n = n° de genes tetrahíbridos (3: 1) etc www. bioloja. com

Poliibridismo sem Interação Gênica N° de genes em heterozigose 1 2 3 4 10 N° de gametas formados (2 n)* 2 4 8 16 1. 024 N° genótipos possíveis N° fenótipos (3 n)* 3 9 27 81 59. 049 * n = n° de genes em heterozigose 2 4 8 16 1. 024

Fórmulas do Poliibridismo l l l n = número de pares de genes em heterozigose. 2 n = número de gametas. 2 n = número de fenótipos. 3 n = número de genótipos. 4 n = número de indivíduos.

Poliibridismo l l Quando são analisados mais de dois pares de alelos que condicionam mais de duas características, temos o triibridismo, tetraibridismo, etc, que constituem o poliibridismo. Para se calcular o número de gametas diferentes produzidos por um poliíbrido se utiliza a fórmula 2 n, onde n é o número de genes em heterozigose. Ex. : Quantos gametas diferentes são formados a partir do genótipo Aa. BBCcdd. Ee Número de híbridos: 3 Número de gametas = 23 = 8 gametas diferentes

l Quais serão os gametas produzidos por uma célula com genótipo Aa. Bbcc. Dd em que os quatro pares de genes alelos estão localizados em cromossomos distintos?

Genética Moderna (Pós-Mendeliana) l l Heranças que se afastam, pouco ou muito, dos processos descritos por Mendel em seus trabalhos. As proporções fenotípicas podem variar em relação às proporções clássicas da genética mendeliana. Herança Qualitativa: O fenótipo depende de quais genes estão presentes no genótipo. Ex. : interações gênicas (genes complementares e epistasia) e pleiotropia. Herança Quantitativa: O fenótipo depende de quantos genes dominantes ou efetivos estão presentes no genótipo. Ex. : polimeria.

Conceitos Gerais l l Polialelia: mais de dois alelos na população para determinar um mesmo caráter. Pleiotropia: um par de alelos determina vários caracteres. Polimeria ou interação gênica: vários genes (pares de alelos) determinam um só caráter. Epistasia: interação em que genes inibem a ação de outros não alelos.

Alelos Múltiplos (Polialelia) l l l Herança determinada por um gene que apresenta 3 ou mais alelos na população, condicionando um só caráter e obedecendo aos padrões mendelianos. Cada indivíduo tem, no genótipo, apenas dois alelos, um de origem paterna e outro de origem materna. Novos alelos surgem por mutações que provocam alterações na proteína original.

ALELOS MÚLTIPLOS OU POLIALELIA 1 gene 3 ou mais alelos na população 1 característica fenotípica Cada indivíduo apresenta dois alelos um de origem paterna e outro de origem materna. Novos alelos surgem por mutações provocam alterações na proteína original. Exemplo: sistema sangüíneo ABO locus 9 q 34. 1 3 alelos: IA = IB > i N° de genótipos possíveis = www. bioloja. com

Alelos Múltiplos (Polialelia) l l Ex. : Cor da pelagem em coelhos. 4 alelos C selvagem (aguti). cch chinchila. ch himalaia. ca albino. C > cch > ca ch _ ca ca C_

Grupos Sangüíneos Determinado por proteínas presentes no plasma ou nas hemácias. l Conhecimento importante nas transfusões, medicina legal, estudos étnicos, etc. l Transfusões baseadas nas relações antígeno/anticorpo. A herança obedece os padrões mendelianos: l Sistema ABO Polialelia e codominância. l Sistema Rh Monoibridismo com dominância. completa l Sistema MN Monoibridismo com codominância. l

Sistema ABO Os grupos do sistema ABO são determinados por uma série de 3 alelos, IA, IB e i onde: IA = I B > i l l l Alelo IA determina a produção do aglutinogênio A. Alelo IB determina a produção do aglutinogênio B. Alelo i determina a não produção de aglutinogênios. Fenótipos Grupo A Grupo B Grupo AB Genótipos IAIA ou IAi IBIB ou IBi I AI B Grupo O ii

Sistema Sanguíneo ABO Fenótipos Genótipos Aglutinogênios (antígenos) nas hemácias Aglutininas (anticorpos) no plasma Grupo A Grupo B Grupo AB Grupo O IAIA e IAi IBIB e IBi A B anti-A I AI B A e B ii anti-A e anti-B

Sistema Sanguíneo ABO

Transfusões

Efeito Bombain

Sistema Rh (Fator Rhesus) Fator Rh Proteína encontrada nas hemácias que pode agir como antígeno se for inserida em indivíduos que não a possuam. Rh+ indivíduos que possuem a proteína. (anti-Rh) Rh- indivíduos que não possuem a proteína. Fenótipos Genótipos Rh+ RR ou Rr Rh- rr

Sistema MN l l l Proteínas presentes nas hemácias que não são levadas em conta nas transfusões sangüíneas. Geneticamente é um caso de codominância. Grupo M: produz a proteína M. Grupo N: produz a proteína N. Grupo MN: produz as duas proteínas. Fenótipos M N MN Genótipos L ML M L NL N L ML N Doações M N MN

Doença hemolítica do recém-nascido (DHRN) Também chamada Eritroblastose fetal. Causa mais comum incompatibilidade materno fetal no sistema ABO. 2 vezes mais freqüente do que a provocada pelo sistema Rh gravidade bem menor; maioria: filho A x mãe O.

Eritroblastose Fetal Doença Hemolítica do Recém Nascido Condições: Mãe: Rh-; Pai: Rh+; Criança: Rh+

Interação gênica: - Quando vários pares de genes não-alelos podem influir (interagir) na determinação de um caráter hereditário. l Tipos de interação gênica : - Genes complementares , Epistasia e Herança quantitativa (herança multifatorial ou polimeria ou poligenia ). l Genes Complementares: Quando pares de genes não-alelos atuam (complementam-se) sobre uma mesma característica, originando um fenótipo diferente dos fenótipos produzidos por cada um daqueles genes isoladamente. l

Interações Gênicas Genes complementares l Genes com segregação independente que agem em conjunto para determinar um fenótipo. l Ex. : forma das cristas em galináceos. Fenótipos Genótipos crista noz R_E_ crista rosa R_ee crista ervilha rr. E_ crista simples rree

Epistasia Tipo de herança em que há interação entre genes não alelos; um dos pares de genes implicados (epistático) inibe a ação do outro com o qual interage (hipostático); se o gene epistático é dominante, fala-se em epistasia dominante, se é recessivo, fala-se em epistasia recessiva.

Interações Gênicas l l l Epistasia Interação em que um gene “inibe” outro não alelo (com segregação independente), impedindo que manifeste seu caráter. A epistasia pode ser dominante, recessiva ou recessiva duplicada. O gene “inibidor” é chamado de epistático e o “inibido” é o hipostático. l l Ex. : Cor das penas em galináceos. Gene C penas coloridas. Gene c penas brancas. Gene I epistático sobre gene C. Fenótipos Genótipos Penas coloridas C_ii Penas cc_ _ brancas C_I_

Interação gênica

EPISTASIA DOMINANTE l Quando o gene epistático é dominante em relação ao seu alelo como o gene I, no caso da coloração da plumagem em galinhas leghorn. (C : colorido é hipostático). Ex. : Plumagem colorida: CC ii ou Cc ii. Plumagem branca: CC II ou CC Ii ou Cc II ou Cc Ii ou cc II ou cc Ii ou cc ii

EPISTASIA RECESSIVA Ccbb 9 pretos; 3 marrons: 4 albinos

Epistasia na Espécie Humana Um fenótipo muito particular e raro na população, conhecido como “fenótipo de Bombaim”, refere-se aos indivíduos Oh, os quais não possuem antígenos A, B e H e têm anticorpos anti-A, anti -B e anti-H. Tendo em conta o pedigree da figura 1, uma mulher cujo fenótipo é Oh (assinalado a vermelho), descendente de um casamento consangüíneo e casada com um homem do tipo A deu origem a uma filha AB. Pedigree do fenótipo Oh. (adaptado de Thompson, 1981)

GENÓTIPOS FENÓTIPOS H – IAIA ou H – IAi A H – IBIB ou H – IBi B H – IAIB AB H – ii O hh – – falso O

FENÓTIPO BOMBAIN l Por estudos ancestrais chegou-se à conclusão que a mulher possuía o alelo IB, mas não conseguia formar o antígeno respectivo. Isto só pode ser explicado pela existência de um outro gene envolvido neste fenótipo: o gene H, para o qual a mulher era homozigótica recessiva. Desta forma, sem o antígeno H, os alelos IA e IB mesmo que presentes não se podem exprimir no fenótipo visto não terem substrato sobre o qual atuar.

Pleiotropia Herança em que um único par de genes condiciona várias características simultaneamente. l Efeito múltiplo de um gene. Exemplos: l Síndrome de Lawrence-Moon: obesidade, oligofrenia, polidactilia e hipogonadismo. l Síndrome de Marfan: defeitos cardíacos, problemas visuais, aracnodactilia. l Fenilcetonúria (alelo recessivo, quando em dose dupla, com efeito pleiotrópico): deficiência mental, convulsões, icterícia, queda de cabelo, urina muito concentrada. l

Pleiotropia 1 gene 2 alelos várias características fenotípicas Nanismo acondroplásico (acondroplasia – ACD) Nanismo acondroplásico herança autossômica dominante com penetrância de 80%: tendência à obesidade, deficiência no crescimento, membros anormalmente curtos, anomalias crânio-fasciais e esqueléticas, distúrbios respiratórios e problemas do sono, dentre outros. www. bioloja. com

Pleiotropia Nanismo acondroplásico Maioria dos casos (90%) é esporádica resultado de mutação nova durante a gametogênese paterna: incidência relacionada ao aumento da idade paterna. Progenitores heterozigotos risco de 25% de nascimentos de homozigotos dominantes (AA): letal aborto espontâneo. Gametas A a www. bioloja. com A AA Aa aa Normais aa Nanismo Aa Letal embrionário AA

Anemia Falciforme

SEXO E HERANÇA Prof. Neyvan Rodrigues

Genética Relacionada ao Sexo l l Heranças determinadas por genes localizados nos cromossomos sexuais (alossomos) ou por genes autossômicos mas cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. As principais são: Herança ligada ao sexo: genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X. Herança restrita ao sexo: localizada na porção não homóloga do cromossomo Y. Herança influenciada pelo sexo: genes localizados em cromossomos autossomos que sofrem influência dos hormônios sexuais.

Determinação do Sexo na Espécie na Humana l l A espécie humana apresenta 23 pares de cromossomos. 22 pares são autossomos e não tem relação direta com a determinação do sexo. Um par, chamado de alossomos (X e Y), são os cromossomos sexuais. A mulher apresenta dois alossomos X e é chamada de sexo homogamético, pois seus gametas sempre terão o cromossomo X. O homem apresenta um X e um Y e é o sexo heterogamético, pois seus gametas serão metade com cromossomo X e metade com cromossomo Y. Na mulher, um dos cromossomos X em cada célula permanece inativo e se constitui na cromatina sexual ou corpúsculo de Barr.

Herança Ligada ao Sexo l l Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo X. Quando dominantes, o caráter tem probabilidade se ser transmitido pelas mães a todos os descendentes (se a mãe for homozigota) ou a 50% dos descendentes (se a mãe for heterozigota) e pelos pais somente às filhas. Quando recessivos, o caráter é transmitido pelas mães aos filhos homens. As meninas só terão a característica se o pai também a tiver. Ex. : Daltonismo e Hemofilia.

Herança Ligada ao Sexo Daltonismo l l Anomalia visual recessiva em que o indivíduo tem deficiência na distinção das cores vermelha ou verde. Os homens daltônicos (8%) tem um gene Xd pois são hemizigotos e as mulheres daltônicas (0, 64%) devem ser homozigotas recessivas. Fenótipo Genótipo Mulher normal X DX D Mulher portadora X DX d Mulher daltônica X d Homem normal X DY Homem daltônico X d. Y

Daltonismo l l l O nome daltonismo tem origem em Dalton, químico inglês que era portador desta anomalia. Os portadores desta anomalia apresentam dificuldade na distinção de determinadas cores primárias, como o verde e o vermelho, enxergando, em vez delas, as cores cinza, amarela ou azul. É possível que esta anomalia seja resultado do mau funcionamento dos cones existentes na retina, provocado pela presença de alelos defeituosos, que não formam pigmentos necessários para a percepção de determinadas cores. A freqüencia do daltonismo é muito maior entre os homens (5%) do que entre as mulheres (0, 25%). Isso ocorre devido ao fato de os homens precisarem de apenas um alelo para serem daltônicos, enquanto as mulheres necessitam de dois alelos. Este tipo de daltonismo é condicionado por um gene recessivo ligado ao sexo. O gene para a visão normal é representado por D, e o gene para o fenótipo daltônico é representado por d.

Herança Ligada ao Sexo Hemofilia l l Anomalia que provoca a falta de coagulação do sangue. Homens hemofílicos são hemizigotos (1/10. 000) e mulheres hemofílicas são homozigotas recessivas (1/100. 000). Fenótipos Genótipos Mulher normal X HX H Mulher portadora X HX h Mulher hemofílica X h Homem normal X HY Homem hemofílico X h. Y

Herança Ligada ao Sexo l Genes localizados exclusivamente no cromossomo sexual X. Sendo as fêmeas XX e os machos XY, é evidente que os genes ligados ao sexo serão encontrados em dose dupla nas fêmeas e em dose simples nos machos.

Genética Relacionada ao Sexo Herança Restrita ao Sexo Herança Limitada pelo Sexo l Genes localizados na l Genes autossômicos cujo porção não homóloga do efeito sofre influência cromossomo Y. dos hormônios sexuais. l Genes Holândricos. l Só se manifestam em um dos sexos. l Só ocorrem no sexo masculino. l Ex. : Produção de leite em l Ex. : Hipertricose auricular. bovinos.

Herança Influenciada pelo Sexo l l l Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais. Comportamento diferente em cada sexo, agindo como dominante em um e como recessivo em outro (variação de dominância). Ex. : Calvície Genótipos Fenótipos CC Homem calvo Mulher calva Cc Homem calvo Mulher não-calva cc Homem não-calvo Mulher não-calva

Herança Holândrica ou Restrita ao Sexo l Genes holândricos são exclusivos do cromossomo Y, só ocorrem nos indivíduos de sexo masculino e passam de geração a geração, sempre pela linhagem masculina e nunca apresentam relação de dominância ou de recessividade. CUIDADO: É PIADINHA DE INTERNET!!!

l Como já vimos, na espécie humana existem 46 cromossomos distribuídos em 23 pares de homólogos.

SISTEMAS DE DETERMINAÇÃO SEXUAL l Tipo XY Ocorre no homem, nos demais mamíferos e nos insetos dípteros. As fêmeas são caracterizados por XX e os machos por XY.

SISTEMAS DE DETERMINAÇÃO SEXUAL l Tipo XO Ocorre em algumas espécies de insetos e vermes. As células do macho apresentam um cromossomo a menos que a fêmea, porque falta o Y. Assim, fala-se em fêmea XX e macho XO. l Tipo ZW No sistema ZW os cromossomos sexuais são invertidos: o macho apresenta dois cromossomos sexuais iguais, ZZ, enquanto a fêmea apresent dois diferentes, um Z e outro W. Este sistema aparece em lepidópteros (borboletas, mariposas), peixes e aves.

SISTEMAS DE DETERMINAÇÃO SEXUAL l Tipo ZO Ocorre em galinhas domésticas e répteis. Os machos são homogaméticos, com dois cromossomos sexuais iguais (ZZ) e as fêmeas são heterogaméticas, apresentando apenas um cromossomo sexual Z.

Determinação do Sexo por Haploploidismo l Nos himenópteros (abelhas, vespas e formigas) a determinação sexual não envolve cromossomos sexuais. A rainha é uma fêmea fértil, cujos óvulos fecundados produzem fêmeas diplóides, enquanto os óvulos não fecundados evoluem por partenogênese até machos haplóides. As fêmeas férteis (rainhas) ou estéreis (obreiras) são determinadas pelo tipo de alimentação que as larvas recebem durante o seu desenvolvimento.

Determinação do Sexo por Haploploidismo l Enquanto as larvas das futuras operárias recebem apenas mel e pólen, as larvas que evoluirão para rainhas recebem ainda a geléia real, uma secreção glandular das operárias adultas.

l Determinação Sexual pela Cromatina Sexual identificação do A sexo por meio do exame de cromossomos sexuais só é possível nas células em divisão. Todavia, mesmo em células em interfase, nas quais não se distinguem os cromossomos, podemos determinar e identificar o sexo.

3 - A posição ocupada pelos alelos que determinam grupo sangüíneo e alcapatonúria, no par de cromossomos 9, está representada para o indivíduo 7 ao lado do heredograma. A freqüência de recombinação entre os doi loci gênicos é de 10%.

Trata-se de uma anemia hemolítica hereditária crônica devida à herança de cada um dos progenitores, de um gene para a hemoglobina S, e caracterizada pela presença de glóbulos vermelhos que, quando privados de oxigênio, tomam a forma de uma foice ou de grãos de aveia. Pleiotropia Anemia falciforme Um único par de genes atua na manifestação de vários caracteres.

l l Polimeria Herança Quantitativa onde ocorre efeito cumulativo na ação de vários genes (pares de alelos). Há uma variação fenotípica gradual e contínua entre um valor mínimo e um valor máximo, devida a adição de alelos dominantes ou efetivos de vários genes no genótipo, seguindo uma curva normal de distribuição. Ex. : altura, peso, cor da pele, cor dos olhos, grau de inteligência, altura de plantas, produção de leite em bovinos, comprimento de pelos, etc. Para se saber o número de fenótipos ou quantos genes (pares de alelos) estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos. número de poligenes = número de fenótipos - 1 número de fenótipos = número de poligenes + 1

A herança quantitativa l Geralmente está relacionada a fenótipos que sofrem variação gradativa, como peso, altura, cor da pele na espécie humana, etc. Ex: Cor da pele, cor dos olhos (alguns autores) l a ou b = produção mínima de melanina l A ou B = intensificam a produção de melanina l l Branco: aabb Mulato claro: Aabb ou aa. Bb Mulato médio: Aa. Bb ou aa. BB ou AAbb Mulato escuro: AABb ou Aa. BB Negro: AABB

Herança Quantitativa Cor da Pele em Humanos Fenótipos Genótipos Negro AABB Mulato Escuro Aa. BB AABb Mulato Médio Aa. Bb AAbb aa. BB Mulato Claro Aabb aa. Bb Branco aabb

CARACTERES CONTÍNUOS l No estudo da herança quantitativa é importante saber identificá-la e diferenciá-la das demais heranças genéticas. Dois aspectos sugerem que uma certa característica seja condicionada por herança quantitativa: A variação gradual do fenótipo : Tomemos o exemplo da cor da pele, na espécie humana. Entre os extremos (branco e negro) há diversos fenótipos intermediários. Outros exemplos de herança poligênica também ilustram bem a variação gradual do fenótipo: em muitas plantas, a altura do pé é determinada por mais de um par de alelo. Há plantas com altura máxima e plantas com altura mínima. Entre esses dois tipos, há fenótipos intermediários. Distribuição dos fenótipos em curva normal ou de Gauss. Normalmente, os fenótipos extremos são aqueles que se encontram em quantidades menores, enquanto os fenótipos intermediários são observados em freqüências maiores. A distribuição quantitativa desses fenótipos estabelece uma curva chamada normal (curva de Gauss).

POLIMERIA : HERANÇA QUANTITATIVA PAIS BRANCO NEGRO PRIMEIRA GERAÇÃO

Aa. Bb. Cc ( Mulato médio ) x Aa. Bb. Cc ( Mulato médio ) Na herança quantitativa são estudados casos de variação contínua do caráter na população, tendo os fenótipos uma distribuição através da curva de Gauss. Na herança quantitativa é considerado o número de classes fenotípicas em F 2 (2 n + 1) em que “n” é o número de pares de genes envolvidos na herança.

Herança Quantitativa

Exercícios O peso dos frutos (fenótipos) de uma determinada espécie vegetal varia de 150 g a 300 g. Do cruzamento entre linhagens homozigóticas que produzem frutos de 150 g, com linhagens homozigóticas que produzem frutos de 300 g, obteve-se uma geração F 1 que, autofecundada, originou 7 fenótipos diferentes. • Sabendo-se que o peso do fruto é um caso de herança quantitativa, responda: a) quantos pares de genes estão envolvidos na determinação do peso dos frutos desta espécie vegetal? b) qual é o efeito aditivo de cada gene? c) de acordo com o triângulo de Pascal, qual é a proporção de cada classe fenotípica obtida em F 2?

Resolução O peso dos frutos (fenótipos) de uma determinada espécie vegetal varia de 150 g a 300 g. Do cruzamento entre linhagens homozigóticas que produzem frutos de 150 g, com linhagens homozigóticas que produzem frutos de 300 g, obteve-se uma geração F 1 que, autofecundada, originou 7 fenótipos diferentes. • Sabendo-se que o peso do fruto é um caso de herança quantitativa, responda: quantos pares de genes estão envolvidos na determinação do peso dos frutos desta espécie vegetal? Nº de classes fenotípicas = nº de genes + 1

O peso dos frutos (fenótipos) de uma determinada espécie vegetal varia de 150 g a 300 g. Do cruzamento entre linhagens homozigóticas que produzem frutos de 150 g, com linhagens homozigóticas que produzem frutos de 300 g, obteve-se uma geração F 1 que, autofecundada, originou 7 fenótipos diferentes. Sabendo-se que o peso do fruto é um caso de herança quantitativa, responda: a) quantos pares de genes estão envolvidos na determinação do peso dos frutos desta espécie vegetal? Nº de classes fenotípicas = nº de genes + 1 7 = nº de genes + 1 --- nº genes = 6 ou 3 pares de genes

Resolução O peso dos frutos (fenótipos) de uma determinada espécie vegetal varia de 150 g a 300 g. Do cruzamento entre linhagens homozigóticas que produzem frutos de 150 g, com linhagens homozigóticas que produzem frutos de 300 g, obteve-se uma geração F 1 que, autofecundada, originou 7 fenótipos diferentes. Sabendo-se que o peso do fruto é um caso de herança quantitativa, responda: b) qual é o efeito aditivo de cada gene? Efeito aditivo = 300 g – 150 g / 6 genes = 25 gramas

Resolução O peso dos frutos (fenótipos) de uma determinada espécie vegetal varia de 150 g a 300 g. Do cruzamento entre linhagens homozigóticas que produzem frutos de 150 g, com linhagens homozigóticas que produzem frutos de 300 g, obteve-se uma geração F 1 que, autofecundada, originou 7 fenótipos diferentes. c) de acordo com o triângulo de Pascal, qual é a proporção de cada classe fenotípica obtida em F 2?

LINKAGE, LIGAÇÃO FATORIAL, LEI DE MORGAN OU GENES LIGADOS Prof. Neyvan Rodrigues

Ligação Fatorial (linkage) Conceitol l Quando dois ou mais genes estão localizados no mesmo cromossomo, diz-se que estão ligados. Os genes ligados não sofrem segregação independente e permanecem juntos durante a formação dos gametas.

Genes Ligados - Linkage l l l Quando dois ou mais genes, responsáveis por diferentes características, estão localizados em um mesmo cromossomo, dizemos que estão ligados ou em ligação gênica. Nestes casos a quantidade de gametas e portanto a freqüência da descendência apresentarão diferenças em relação ao diibridismo já que a incidência do crossing-over será fundamental. Crossing-Over ou permuta é a troca de partes entre cromossomos homólogos durante a meiose e é um dos principais fatores para a variabilidade genética.

Genes Ligados - Linkage l l Na herança dos genes ligados, a freqüência dos gametas de um heterozigoto depende da taxa de crossing-over ou taxa de recombinação que ocorre entre os cromossomos homólogos. Os Gametas Parentais são formados mesmo que não haja recombinação e aparecem em maior quantidade. Os Gametas Recombinantes são formados apenas se houver permuta e aparecem em menor quantidade. A Taxa de Crossing é expressa em porcentagem e corresponde a freqüência de gametas recombinantes formados na gametogênese.

Segregação Independente Os genes não alelos, situados em cromossomos diferentes, distribuem-se como gametas segundo todas as combinações possíveis.

Comparação Diibridismo/Linkage Diibridismo (Aa. Bb) A a B b Gametas A B 25% A b 25% a B 25% a b 25%

Comparação Diibridismo/Linkage (Aa. Bb) A a B b Gametas A a B b Parentais A a b B Recombinantes

l l Durante a meiose, os cromossomos duplicados formam pares (sinapse) e entre eles pode ocorrer a chamada permutação ou crossing-over. Tal fenômeno consiste na troca de segmentos entre duas cromátides homólogas. O processo envolve somente dois ou quatro fios e ocorre em qualquer ponto dos cromossomos.

Recombinação ou Permutação(crossing-over)

CROSSING OVER 1 e 4 : GAMETAS PARENTAIS 2 e 3 : GAMETAS RECOMBINANTES

Tipos de Heterozigotos. Diíbridos l posição CIS : há dois genes dominantes ligados no mesmo cromossomo e dois genes recessivos ligados no cromossomo homólogo. Quando o díbrido apresenta um gene dominante e um gene recessivo ligados ao mesmo cromossomo e outro dominante ligado ao outro recessivo no cromossomo homólogo, forma a posição TRANS.

O método de Morgan Os processos de segregação independente, ligação e permutação são identificados por meio do método de Morgan, o qual consiste em efetuar cruzamentos-teste, ou seja, cruzar um duplo heterozigoto com um duplo recessivo e analisar a geração obtida.

Genes Ligados - Linkage l l Na vinculação gênica a posição dos genes no heterozigoto (Aa. Bb) pode ser Cis ou Trans. Estas posições também podem ser utilizadas para se definir quem são os gametas parentais e os recombinantes. A B A b a B Posição CIS Posição TRANS

Determinação da freqüência ou taxa de permutação l l Determina-se a freqüência de permutação(ou crossing-over) por meio dos resultados obtidos em um cruzamento teste. Ela resulta da soma dos recombinantes.

Mapeamento Genético: princípios l l Mapa genético ou cromossômico é a representação da posição dos genes no cromossomo. Está diretamente relacionada a taxa de crossing. Unidades de Recombinação (U. R. ) ou Morganídeos (M) são as unidades usadas para determinar a posição dos genes no cromossomo e correspondem a taxa de crossing. Exemplo: Em um cromossomo há a seguinte freqüência de recombinação entre os genes A, B, C e D: A-B 45% A-C 20% C-B 25% B-D 5% C-D 20% A-D 40% Qual a posição dos genes no cromossomo?

Construção de mapas genéticos ou cromossômicos l Construir um mapa genético é determinar a posição relativa dos genes no cromossomo, partindo-se de dois princípios básicos: l - os genes se dispõem linearmente ao longo dos cromossomos; l - a permutação ocorre em qualquer ponto do cromossomo e, portanto, quanto maior a distância entre dois genes, maior será a probabilidade de ocorrer permuta entre eles. Por outro lado, entre genes próximos diminui a probabilidade de permuta.

Construção de mapas genéticos ou cromossômicos l l Convencionou-se que a freqüência de permuta entre dois genes é igual à distância que os separa no cromossomo. Assim, por exemplo, se a porcentagem (freqüência) de permuta entre dois genes for de 5%, eles distarão de 5 unidades no mapa genético. Esta unidade foi chamada de morganídeo em homenagem a Morgan, principal responsável por tais conceitos.

Genética de Populações l l Estuda, matematicamente, as freqüências dos genes em uma população e as forças evolutivas que as modificam. Pool Gênico: genes comuns a uma mesma população, acervo genético ou gene pool. Uma população estará em equilíbrio genético quando seu pool gênico se mantiver inalterado por gerações sucessivas. Havendo alterações no acervo gênico, se diz que a população está evoluindo.

Genética de Populações Teorema de Hardy-Weinberg Em populações infinitamente grandes, com cruzamentos ao acaso (panmítica), que não estiverem sofrendo influência dos fatores evolutivos (mutações, seleção natural, migrações, etc. . . ), não haverá alteração do pool gênico, isto é, as freqüências gênicas e genotípicas se manterão constantes.

O Teorema de Hardy-Weinberg l l Numa população em equilíbrio, para uma determinada característica existem dois alelos para um locus gênico, o dominante (A) e o recessivo (a). A soma das freqüências dois alelos (freqüência gênica ou alélica) na população é 100%. f(A) + f(a) = 100% l Sendo, f(A) = p e f(a) = q, então: p + q = 1

O Teorema de Hardy-Weinberg l l Na mesma população existem 3 genótipos possíveis: homozigoto dominante (AA), heterozigoto (Aa) e homozigoto recessivo (aa). A soma das freqüências do 3 genótipos (freqüência genotípica) na população é 100%. f(AA) + f(Aa) + f(aa) = 100% l Sendo, f(AA) = p 2, f(Aa) = 2 pq e f(aa) = q 2, então: p 2 + 2 pq + q 2 = 1

O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação l Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos: AA 640 indivíduos Aa 320 indivíduos aa 40 indivíduos Total 1. 000 indivíduos l Quais as freqüências gênicas e genotípicas?

O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação Freqüências Gênicas: Número total de genes = 2. 000 Número de genes A = 1. 280 + 320 = 1. 600 Número de genes a = 80 + 320 = 400 f(A) = p = 1. 600/2. 000 = 0, 8 ou 80% f(a) = q = 400/2. 000 = 0, 2 ou 20%

O Teorema de Hardy-Weinberg Aplicação Freqüências Genotípicas f(A) = p = 0, 8 f(a) = q = 0, 2 f(AA) = p 2 = (0, 8)2 = 0, 64 ou 64% f(Aa) = 2 pq = 2(0, 8 x 0, 2) = 0, 32 ou 32% f(aa) = q 2 = (0, 2)2 = 0, 04 ou 4%

HERANÇA POLIGÊNICA 2 ou mais genes 2 alelos por gene 1 característica fenotípica Interação gênica não- epistática: quando dois ou mais genes contribuem com uma única característica, sem interferir na expressão do(s) outro(s). Interação gênica epistática: quando, em uma interação gênica, um ou mais genes interfere(m) na expressão do(s) outro(s). www. bioloja. com

Interação Gênica Não-Epistática Cor dos cabelos: Cor dos cabelos deriva da quantidade de melanina existente na forma de dois pigmentos: § eumelanina coloração varia de vermelho-escuro a preto: alelos para as cores mais escuras são dominantes. feomelanina coloração varia de amarelo a vermelho ausência de dominância. § Proporção dos dois tipos de melanina determina a coloração do cabelo. § Cor ruiva rica em feomelanina: o condicionada por alelo recessivo em relação ao não-ruivo homozigose do cabelo ruivo só será notada se o cabelo for claro. www. bioloja. com

Interação Gênica Epistática Albinismo dois tipos principais que podem Albinismo se subdividir em vários. Albinismo óculo-cutâneo (OCA) diminuição ou ausência de pigmentos (melanina) na pele, pelos e olhos: OCA 1 mutações no gene da tirosinase cromossomo 11 OCA 2 mutações no gene P proteína ancorada à membrana de função desconhecida associada com a formação de melanossomos cromossomo 15 OCA 3 mutações na TRP 1 OCA 4 alterações do gene MAPT proteína de transporte associada a melanossomos síndromes de Hermansky-Pudlak e de Chediak. Higashi combinam falta de pigmento com outras alterações orgânicas www. bioloja. com

Albinismo Vários genes mutações conduzem a diversas manifestações de algum tipo de albinismo OCA. Albinismo ocular (OA) diminuição ou ausência de pigmentos (melanina) principalmente nos olhos: OA 1 e OA 2 genes situados no cromossomo X. www. bioloja. com

Albinismo e Biossíntese de Melanina

Epistasia do Gene H sobre os alelos do Sistema ABO Biossíntese dos antígenos do sistema ABO dependente de outro par de alelos – H e h – com segregação independente 19 q 13. 3 loco FUT 1 produção de fucosiltransferase. Indivíduos HH e Hh produção de -2 -L-fucosiltransferase age sobre uma substância precursora antígeno H antígenos ABO. Grupo A proporção variável de Grupo A antígeno H transformada em antígeno A o Grupo B proporção variável de Grupo B antígeno H transformada em antígeno B o Grupo AB antígeno H em menor Grupo AB quantidade www. bioloja. com o Grupo O antígeno H em Grupo O o

Epistasia do Gene H sobre os alelos do Sistema ABO Indivíduos hh não há produção de -2 -Lfucosiltransferase não produzem antígenos ABO (falso O). www. bioloja. com