GENÉTICAProf. Regis Romero

CONCEITO GERAIS

Gene: fragmento de DNA que pode ser transcrito na síntese de proteínas.

Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene.

Alelos: genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos.

Homólogos: cromossomos que possuem genes para as mesmas características.

CONCEITO GERAIS

Genótipo: conjunto de genes de um indivíduo.

Fenótipo: características observáveis de uma espécie, que são determinadas por genes e que podem ser alteradas pelo ambiente.

Fenocópia: fenótipo modificado semelhante a um existente.

Gene Letal: com efeito mortal.

CONCEITOS GERAIS Gene Dominante: aquele que sempre que

está presente se manifesta. Gene Recessivo: aquele que só se manifesta

na ausência do dominante. 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 Genes Codominantes: os dois genes do par

manifestam seu caráter. Polialelia: mais de dois alelos para um

mesmo caráter. Pleiotropia: um par de genes determina

vários caracteres. Polimeria: vários pares de genes determinam

um só caráter. Epistasia: interação em que genes inibem a

ação de outros não alelos.

GENEALOGIAS OU HEREDOGRAMAS

sexo masculino

sexo feminino

sexo desconhecido

casamento ou cruzamento

casamento ou cruzamento consangüíneo

indivíduos que apresentam o caráter estudado

filhos ou descendentes

gêmeos dizigóticos

gêmeos monozigóticos

PROBABILIDADE EM GENÉTICA

Regra do “E”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 é a relação entre um ou mais eventos esperados e o número de eventos

possíveis.P =

eventos esperadoseventos possíveis

GENÉTICA MENDELIANA 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

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.

1A LEI DE MENDEL“PUREZA DOS GAMETAS”

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

CRUZAMENTO-TESTE 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.

MONOIBRIDISMO COM DOMINÂNCIA

Herança condicionada por um par de alelos.

Dois fenótipos possíveis em F2.

Três genótipos possíveis em F2.

Proporção fenotípica 3:1

Proporção genotípica 1:2:1

Ex.: cor das sementes em ervilhas.

P amarelas x verdes

F1 100% amarelas

F1 amarelas x amarelas

F2 75% amarelas

25% verdes

VV vv

Vv

Vv Vv

VvVV

vv

MONOIBRIDISMO SEM DOMINÂNCIA

Herança condicionada por um par de alelos.

Três fenótipos possíveis em F2.

Três genótipos possíveis em F2.Proporção fenotípica

1:2:1Proporção genotípica

1:2:1

Ex.: cor das flores em Maravilha.P vermelhas x brancas

F1 100% rosas

F1 rosas x rosas

F2 25% vermelhas

50% rosas

25% brancas

VV BB

VB

VB VB

VV

VBBB

PLEIOTROPIA Herança em que um único par de genes condiciona várias

características simultaneamente. Efeito múltiplo de um gene.Exemplos: Síndrome de Lawrence-Moon: obesidade, oligofrenia

(déficit de inteligência), polidactilia e hipogonadismo (defeito no sistema reprodutor que resulta na diminuição da função das gônadas).

Síndrome de Marfan: defeitos cardíacos, problemas visuais, aracnodactilia.

Fenilcetonúria: deficiência mental, convulsões, icterícia, queda de cabelo, urina muito concentrada.

GENES LETAIS Provocam a morte ou não desenvolvimento do

embrião. Determinam um desvio nas proporções

fenotípicas esperadas, geralmente 2:1.

Aa

Aa

Aa

Aa

aaAA

PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE

Penetrância: porcentagem de indivíduos de uma população com um determinado genótipo que exibem o fenótipo associado a esse genótipo

Completa: quando o gene produz o fenótipo correspondente sempre que estiver presente em condições de se expressar

Incompleta: quando apenas uma parcela dos indivíduos com o mesmo genótipo expressa o fenótipo correspondente

Um determinado genótipo pode não expressar o fenótipo correspondente devido a genes epistáticos ou devido ao efeito do ambiente, por exemplo

PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE

Expressividade: corresponde ao modo de expressão do alelo, que pode ser uniforme ou variável.

Uniforme: ocorre quando um alelo expressa sempre um único tipo de fenótipo, de fácil reconhecimento.

Variável: quando a expressão do alelo resulta no aparecimento de vários padrões de fenótipos ou vários graus de expressão.

Este último caso representa uma dificuldade para o geneticista, pois, à primeira vista, parece tratar-sede caracteres com controle genético mais complexo (caracteres quantitativos), quando na verdade trata-se de um caráter em que um alelo apresenta expressões variadas

EXPRESSIVIDADE

Expressividade variável:10

gradações de manchas em beagles.

Cada um destes cães tem o alelo Sp.

ALELOS MÚLTIPLOS (POLIALELIA) Herança determinada por 3 ou mais alelos que

condicionam um só caráter, obedecendo os 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 (POLIALELIA)

Ex.: Cor da pelagem em coelhos.

4 alelos C selvagem (aguti). cch chinchila. ch himalaia. ca albino.

C > cch > ch > ca

C _

cch _ch _

caca

GRUPOS SANGÜÍNEOS

Determinado por proteínas presentes no plasma ou nas hemácias.

Conhecimento importante nas transfusões, medicina legal, estudos étnicos, etc.

Transfusões baseadas nas relações antígeno/anticorpo.

A herança obedece os padrões mendelianos: Sistema ABO Polialelia e codominância. Sistema Rh Monoibridismo com dominância. Sistema MN Monoibridismo sem dominância.

SISTEMA ABO

Grupo Sangüíneo

Aglutinogênio nas hemácias

Aglutinina no plasma

A A Anti-B

B B Anti-A

AB A e B -

O - Anti-A e Anti-B

DoaçõesDoaçõesO

A B

AB

SISTEMA ABO

Os grupos do sistema ABO são determinados por uma série de 3 alelos, IA, IB e i onde:

Gene IA determina a produção do aglutinogênio A. Gene IB determina a produção do aglutinogênio B. Gene i determina a não produção de aglutinogênios.

Fenótipos Genótipos

Grupo A IAIA ou IAi

Grupo B IBIB ou IBi

Grupo AB IAIB

Grupo O ii

IIAA = I = IBB > i > i

SISTEMA RH

Fator RhFator 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.

Rh- indivíduos que não possuem a proteína.

DoaçõesDoações

Rh- Rh+

Fenótipos

Genótipos

Rh+ RR ou Rr

Rh- rr

ERITROBLASTOSE FETALDOENÇA HEMOLÍTICA DO RECÉM NASCIDO

Condições: Mãe: Rh-; Pai: Rh+; Criança: Rh+

SISTEMA MN

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

Genótipos

M LMLM

N LNLN

MN LMLN

DoaçõesDoações

M N

MN

GENÉTICA RELACIONADA AO SEXO

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 SEXONA ESPÉCIE HUMANA

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 Genes localizados na porção

não homóloga do cromossomo X.

Quando dominantes, o caráter é transmitido pelas mães a todos os descendentes 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 SEXODALTONISMO 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 XDXD

Mulher portadora

XDXd

Mulher daltônica XdXd

Homem normal XDY

Homem daltônico

XdY

HERANÇA LIGADA AO SEXOHEMOFILIA

Anomalia que provoca a falta de coagulação do sangue. Homens hemofílicos são hemizigotos (1/10.000) e

mulheres hemofílicas são homozigotas recessivas (1/100.000.000).

Fenótipos Genótipos

Mulher normal XHXH

Mulher portadora XHXh

Mulher hemofílica

XhXh

Homem normal XHY

Homem hemofílico

XhY

GENÉTICA RELACIONADA AO SEXO

Herança Restrita ao Sexo

Genes localizados na porção não homóloga do cromossomo Y.

Genes Holândricos. Só ocorrem no sexo

masculino.

Herança Limitada pelo Sexo

Genes autossômicos cujo efeito sofre influência dos hormônios sexuais.

Só se manifestam em um dos sexos.

Ex.: Produção de leite em bovinos.

HERANÇA INFLUENCIADA PELO SEXO

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 (alopecia).

Genótipos Fenótipos

CC Homem calvo Mulher calva

Cc Homem calvo Mulher não-calva

cc Homem não-calvo

Mulher não-calva

PROVÁVEIS TIPOS DE HERANÇA

Autossômica recessiva

Autossômica dominante

Ligada ao Y (holândrica)

PROVÁVEIS TIPOS DE HERANÇA

Ligada ao X recessiva

Ligada ao X dominante

2A 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”.

DIIBRIDISMO

Herança determinada por dois pares de alelos independentes que condicionam duas características.

Quatro fenótipos diferentes são encontrados em F2, combinando os caracteres dominantes e recessivos.

A proporção fenotípica clássica em F2 é 9:3:3:1. Ex.: cruzamento de sementes de ervilhas amarelas/lisas

(puras) com verdes/rugosas (puras).

P amarelas/lisas x verdes/rugosas

F1 100% amarelas/lisas (híbridas)

F1 amarelas/lisas x amarelas/lisas

VVRR vvrr

VvRr

VvRr VvRr

DIIBRIDISMO

amarelas/lisas verdes/lisas

amarelas/rugosas verdes/rugosas

Gametas da F1

VR Vr vR vr

VR VVRR VVRr VvRR VvRr

Vr VVRr VVrr VvRr Vvrr

vR VvRR VvRr vvRR vvRr

vr VvRr Vvrr vvRr vvrr

Proporção Fenotípica em F2

169

163

163

161

POLIIBRIDISMO 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 2n, onde n é o número de pares de genes heterozigotos (híbridos).Ex.: Quantos gametas diferentes forma o

genótipo AaBBCcddEe Número de híbridos: 3

Número de gametas = 23 = 8 gametas diferentes

GENÉTICA MODERNA(PÓS-MENDELIANA)

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 estão presentes no genótipo. Ex.: polimeria.

INTERAÇÕES GÊNICASGenes complementares

Genes com segregação independente que agem em conjunto para determinar um fenótipo.

Ex.: forma das cristas em galináceos.

Fenótipos Genótipos

crista noz R_E_

crista rosa R_ee

crista ervilha

rrE_

crista simples

rree

INTERAÇÕES GÊNICAS

Epistasia Interação em que um par

de genes inibe que outro par, não alelo, manifeste seu caráter.

A epistasia pode ser dominante ou recessiva.

O gene inibidor é chamado de epistático e o inibido é o hipostático.

Ex.: Cor da 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_

POLIMERIA

Herança Quantitativa onde ocorre efeito cumulativo na ação de vários pares de genes.

Há uma variação fenotípica gradual e contínua entre um valor mínimo e um valor máximo, devida a adição de genes dominantes 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 pares de genes estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos.

número de poligenes = número de fenótipos - 1número de fenótipos = número de poligenes + 1

HERANÇA QUANTITATIVACOR DA PELE EM HUMANOS

FenótiposGenótipos

Negro SSTT

Mulato Escuro

SsTTSSTt

Mulato Médio

SsTtSSttssTT

Mulato ClaroSsttssTt

Branco sstt

1

2

3

2

1

Negro

Mulato Escuro

Mulato Médio

Mulato Claro

Branco

GENÉTICA DE POPULAÇÕESEstuda, 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-WeinbergEm 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

Numa população em equilíbrio, para uma determinada característica existem dois genes, o dominante (A) e o recessivo (a).

A soma das freqüências dos dois genes (freqüência gênica) na população é 100%.

f(A) + f(a) = 100%

Sendo, f(A) = p e f(a) = q, então:

p + q = 1

O TEOREMA DE HARDY-WEINBERG

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%

Sendo, f(AA) = p2, f(Aa) = 2pq e f(aa) = q2, então:

p2 + 2pq + q2 = 1

O TEOREMA DE HARDY-WEINBERGAPLICAÇÃO

Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos:

Quais as freqüências gênicas e genotípicas?

AA 640 indivíduos

Aa 320 indivíduos

aa 40 indivíduos

Total

1.000 indivíduos

O TEOREMA DE HARDY-WEINBERGAPLICAÇÃO

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-WEINBERGAPLICAÇÃO

Freqüências Genotípicasf(A) = p = 0,8

f(a) = q = 0,2

f(AA) = p2 = (0,8)2 = 0,64 ou 64%

f(Aa) = 2pq = 2(0,8x0,2) = 0,32 ou 32%

f(aa) = q2 = (0,2)2 = 0,04 ou 4%

GENES LIGADOS - LINKAGE Quando dois ou mais genes,

responsáveis por diferentes características, estão localizados em um mesmo cromossomo, a herança é chamada de Vinculação 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.

COMPARAÇÃO DIIBRIDISMO/LINKAGE

Diibridismo (AaBb)

A a B b

Gametas

A B A b a B a b

25% 25% 25% 25%

COMPARAÇÃO DIIBRIDISMO/LINKAGE

Linkage (AaBb)A

B

a

b

Gametas

A

B

a

b

A

b

a

B

Parentais Recombinantes

GENES LIGADOS - LINKAGE 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.

GENES LIGADOS - LINKAGE

Na vinculação gênica a posição dos genes no heterozigoto (AaBb) 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

Posição CIS

A b

a B

Posição TRANS

MAPEAMENTO GENÉTICO

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?

MAPEAMENTO GENÉTICO

A C D B

45M

40M

20M 20M 5M