Genética Mendeliana Os sete traços que Mendel observava em suas plantas eram os seguintes: Ligação gênica: Cruzamento teste e F2 Profa. Dra. Vanessa Kava-Cordeiro 1 Genética Mendeliana 1. cor da semente: amarela ou verde 2. forma ou aspecto da semente: lisa ou rugosa 3. cor da vagem: verde ou amarela 4. forma da vagem: lisa ou ondulada 5. altura da planta: alta ou baixa 6. localização da flor: axial (ao longo do caule) ou terminal (na ponta do caule) 7. cor da flor: púrpura ou branca 2 Genética Mendeliana 4 Genética Mendeliana Genética Mendeliana http://www.bio.miami.edu/~cmallery/150/mendel/c8.15x2.mendel.laws.jpg O trabalho Original de Mendel mostrou em detalhes os resultados de cruzamentos entre plantas que produziam sementes amarelas e lisas e plantas que produziam sementes verdes e rugosas. http://www.bio.miami.edu/~cmallery /150/mendel/c7.14.1.traits.jpg 3 • Será que cada característica destas realmente segrega independentemente uma da outra? • Cada uma delas está presente em um cromossomo individual de ervilha? 5 6 Genética Mendeliana Genética Mendeliana Por que então Mendel não detectou LIGAÇÃO entre algumas características??? Por que então Mendel não detectou LIGAÇÃO entre algumas características??? 1) Por que os 2 genes localizados no cromossomo 1 e 2 genes dos 3 localizados no cromossomo 4 estão tão afastados uns dos outros nestes cromossomos que a LIGAÇÃO não é observada. Estes genes são sintênicos (mesmo cromossomo) porém comportam-se como Segregação Independente por estarem muito distantes. 2) Estudos posteriores (H. Lamprecht) concluíram que Mendel provavelmente não estudou a segregação simultânea dos alelos para os genes que controlam a altura da planta (alta ou anã) X o formato da vagem (lisa ou ondulada), pois estas não demonstram segregação independente, ou seja elas estão ligadas. Figure 2: Mendel's 7 genes and their locations on pea chromosomes. Why didn't Gregor Mendel find linkage? Blixt, S., Nature, 1975 http://www.nature.com/scitable/nated/content/18343/blixt_table_1_1975_mid_1.jpg 7 8 9 1 Ligação de genes Ligação Gênica 10 Ligação gênica 11 Ligação gênica • William Bateson, Edith Rebecca Saunders e Reginald C. Punnett (1905) detectaram um desvio muito significativo das proporções mendelianas em um cruzamento diíbrido (9:3:3:1) para as características cor da flor e forma do grão de pólen em ervilhas doces. Os autores descreveram um possível acoplamento ou conexão entre os alelos parentais. Ligação gênica • Thomas Hunt Morgan e Alfred Henry Sturtevant, seu estudante, conduziram estudos posteriores de ligação, obtendo informações sobre a localização de genes em cromossomos e também fizeram o primeiro mapeamento gênico (1913). • Thomas Hunt Morgan (1911) teve a ideia de ligação gênica, na qual se dois genes estivessem associados próximos no mesmo cromossomo, não segregariam independentemente. 3ª Lei 13 Ligação gênica – Genes estavam dispostos de forma linear – Cada cromossomo possuía um conjunto de genes diferentes, localizados em locais específicos (locus) da Genética ou Lei de Morgan (ligação) 12 14 15 LIGAÇÃO Genes ligados sofrem recombinação pelo mecanismo de • Punnett usou as informações sobre ligação de Morgan e Sturtevant, identificou ligação em seus trabalhos anteriores e publicou estes dados (Punnett, 1923; Punnett, 1927). Phenotype Expected Observed Purple, long Purple, round Red, long Red, round Total 1199 400 400 133 2132 1528 106 117 381 2132 Os genes (ou marcadores genéticos) localizados próximos, no mesmo cromossomo, tendem a permanecer unidos durante a gametogênese. Ou seja, eles não exibem Segregação Independente. Tais genes (ou marcadores genéticos) são chamados de ligados, e o fenômeno, ou padrão de transmissão dos genes ligados é chamado ligação. (ObservedExpected)2/Expected 90.3 216.1 200.2 462.4 2 c = 969.0 16 17 PERMUTA ou CROSSING-OVER 18 2 LIGAÇÃO LIGAÇÃO 2 genes localizados em cromos. diferentes P A/A;B/B X a/a;b/b Exemplo: 1) Dois genes autossômicos com dois alelos cada (gene A com os alelos A e a, gene B com os alelos B e b) a b Cruzamento Teste ¼ ou 25% b b ¼ ou 25% b ¼ ou 25% a a B b ¼ ou 25% Recombinantes b a A 50% 50% A C a c F1: AC/ac Cruzamento X Teste 1) Quando ocorre a recombinação entre dois genes ligados? Gametas A C a c a c a c A c a c a C a c + 50% Recombinantes b a Parentais a F1 Parentais Gametas B 19 X B a 3) Não envolve Epistasia (cada gene atua sobre uma característica distinta da outra) 2 genes localizados no mesmo cromos. P: AC/AC X ac/ac A F1 A 2) Para cada gene, um alelo é completamente dominante em relação ao outro (A>a, B>b) F1 A/a;B/b - 50% 2) Como pode ser esta recombinação? 20 MEIOSE 21 Múltiplas possibilidades de permuta na PRÓFASE I da meiose Cinco estágios da PRÓFASE I da meiose Quiasma 22 LIGAÇÃO 23 100 ovogônias entrando em meiose 24 ESTIMATIVA DA DISTÂNCIA ENTRE DOIS GENES • Genes Ligados – Necessidade de estabelecer uma forma de “medir” o valor de ligação (c). • A unidade de “medida”entre dois genes é dada pela frequência de recombinação entre eles (cM - centiMorgans, U.M. - Unidades de Mapa ou em % de recombinação – 1cM= 1U.M. = 1% de recombinação). • Genes ligados estão presentes no mesmo cromossomo a uma distância menor que 50cM. • Quando a distância entre dois genes é maior que 50cM, a probabilidade de permuta é tão grande que na análise da descendência estes genes segregam independentemente 25 (porém são sintênicos). NEM TODAS AS PERMUTAS PODEM SER IDENTIFICADAS POR MEIO DE CRUZAMENTOS! ESTIMATIVA DA DISTÂNCIA ENTRE DOIS GENES Todas as permutas sendo consideradas! 26 27 3 Ligação de genes Fases dos genes (alelos dominantes e recessivos no heterozigoto) ATRAÇÃO, ACOPLAMENTO OU CIS REPULSÃO OU TRANS A B A b a b a B Freq. de recombinação gametas parentais gametas recombinantes C=0 Ligação completa 100% - 50 > C > 0 Ligação parcial > 50% < 50% C = ou > 50 50% 50% Ligação Gênica: cruzamento-teste S.I. 28 29 30 LIGAÇÃO E PERMUTA AaBb x aabb CRUZAMENTO I = a F1 carrega formas selvagens para os dois genes em um cromossomo (vg+ e b+) e no seu homólogo as formas mutantes (vg e b). Esta configuração é denominada de ATRAÇÃO ou CIS. Cruzamento com Drosophila melanogaster • As proporções dos gametas parentais são maiores do que dos recombinantes (P>R) asa normal - vg+ > vg – asa vestigial corpo cinza - b+ > b – corpo preto 31 CRUZAMENTO II = a F1 carrega em cada cromossomo as duas formas de genes, um mutante e um selvagem (vg+ e b) (vg e b+). Esta configuração é denominada de REPULSÃO ou TRANS. 32 Cruzamento com Cruzamento com Drosophila melanogaster Drosophila melanogaster 33 CRUZAMENTO-TESTE Cor do Corpo: b+ = cinza b = preto Forma das Asas: vg+ = asas normais vg = vestigiais CRUZAMENTO II P: asas normais e corpo preto X asas vestigiais e corpo cinza CRUZAMENTO I P: asas normais e corpo cinza X asas vestigiais e corpo preto vg+ b+ vg+ b+ vg+ vg b+ vg b 415 vg b vg+ b b vg b vg+ vg b 405 vg vg b+ X vg b 820 Parentais 35 vg+ b X CIS 34 b vg b+ F1 vg+ vg X b b F1 b b 88 vg+ vg vg b+ vg+ b b vg b 92 b X TRANS vg b+ vg 41% vg vg vg b+ vg b b+ vg+ b+ vg b vg b vg 41% 9% b b 9% 180 Recombinantes 820+180=1.000 82% Parentais : 18% Recombinantes 82% Parentais : 18% Recombinantes 36 4 Cálculo da distância entre os genes, em função da frequência de recombinação VALOR DE LIGAÇÃO (c) • c = Σ R x 100 N (Fórmula para cruzamento-teste) FREQUÊNCIA DOS GAMETAS RECOMBINANTES: CRUZAMENTO I • c = 180 x 100 = 18 cM 1000 vg+ b = c/2 vg b+ = c/2 EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS Como saber se dois genes estão ligados? Como saber se dois genes estão ligados? 1. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. 1. Determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. AaBb x aabb AaBb x aabb AaBb = 84 AaBb = 84 Aabb = 21 Aabb = 21 aaBb = 21 aaBb = 21 aabb = 84 aabb = 84 37 H0 = Os genes segregam independentemente Obs. 84 21 21 84 210 AaBb Aabb aaBb aabb Total Esp. 39 EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS Como saber se dois genes estão ligados? Como saber se dois genes estão ligados? AaBb x aabb Aabb = 21 aaBb = 21 aabb = 84 G.L. : 4 – 1 = 3 Rejeita H0 1. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. Obs. 84 21 21 84 210 AaBb Aabb aaBb aabb Total Esp. 52,5 52,5 52,5 52,5 210 d 31,5 -31,5 -31,5 31,5 0 1. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. c = Σ R x 100 (Fórmula para cruzamento-teste) N AaBb x aabb Como estes genes não segregam independentemente, devem estar LIGADOS! H0 = Os genes segregam independentemente AaBb = 84 d2/e 18,9 18,9 18,9 18,9 75,6 d2/e 38 Como saber se dois genes estão ligados? 1. Determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. d AaBb = 84 (P) AaBb x aabb Aabb = 21 (R) AaBb = 84 c = 42 x 100 = 20 cM 210 aaBb = 21 (R) Aabb = 21 aabb = 84 (P) aaBb = 21 aabb = 84 40 41 42 EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS Como saber se dois genes estão ligados? Como saber se dois genes estão ligados? Como saber se dois genes estão ligados? 2. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. 2. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. 1. Determine a fase do heterozigoto. CIS OU TRANS? AaBb (?) x aabb (a b) AaBb = 84 A B Aabb = 21 cis aaBb = 21 aabb = 84 a b AaBb x aabb AaBb x aabb AaBb = 17 AaBb = 17 Aabb = 20 Aabb = 20 aaBb = 21 aaBb = 21 aabb = 16 aabb = 16 G.L. : 4 – 1 = 3 43 44 Aceita H0 H0 = Os genes segregam independentemente AaBb Aabb aaBb aabb Total Obs. 17 20 21 16 74 Esp. 18,5 18,5 18,5 18,5 74 d -1,5 1,5 2,5 -2,5 0 d2/e 0,121 0,121 0,338 0,338 0,918 45 5 EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS Como saber se dois genes estão ligados? Como saber se dois genes estão ligados? Como saber se dois genes estão ligados? 2. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, determine se estes genes estão segregando independentemente ou estão ligados. Se estiverem ligados, calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. 3. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, concluiu-se que estes genes estão ligados. Calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. 3. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, concluiu-se que estes genes estão ligados. Calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. AaBb x aabb AaBb x aabb AaBb = 222 AaBb = 222 Aabb = 530 Aabb = 530 aaBb = 21 aaBb = 518 aaBb = 518 aabb = 16 aabb = 200 aabb = 200 AaBb x aabb AaBb = 17 Estes genes segregam independentemente !!! Aabb = 20 46 47 EXERCÍCIOS 2 genes com dois alelos autossômicos 3. Duas características de padrão de Herança Monogênica, com dois alelos cada e com dominância completa entre eles, foram avaliadas quanto ao modo de segregação por meio de um cruzamento teste. Pelos resultados obtidos, concluiu-se que estes genes estão ligados. Calcule o valor de ligação e determine a fase do heterozigoto. CIS OU TRANS? Aabb = 530 AaBb (?) x aabb (a b) aaBb = 518 AaBb = 222 aabb = 200 Aabb = 530 A b aaBb = 518 a Ligação Gênica: F2 trans B aabb = 200 49 F2 – Acoplamento ou cis LIGAÇÃO – F2 GAMETAS PARENTAIS B = c/2 GAMETAS PARENTAIS PARENTAIS: GAMETAS RECOMBINANTES a A B = (1 – c)/2 a b = (1 – c)/2 52 frequências AABB 1/16 AABb 2/16 AAbb 1/16 AaBB 2/16 AaBb 4/16 Aabb 2/16 aaBB 1/16 aaBb 2/16 aabb 1/16 A=a, B=b A>a, B=b A>a, B>b AB (1-c)/2 ab (1-c)/2 51 F2 – Acoplamento ou cis GAMETAS RECOMBINANTES AB (1-c)/2 ab (1-c)/2 AB (1-c)/2 AB (1-c)/2 AABB (1-c)2/4 AaBb (1-c)2/4 ab (1-c)/2 ab (1-c)/2 AaBb (1-c)2/4 aabb (1-c)2/4 Ab c/2 Ab c/2 ♂ FREQUÊNCIA DOS GAMETAS Genótipos ♂ ♀ – P) AABB x aabb – F1) AaBb x AaBb (LIGAÇÃO - CIS) A b = c/2 – P) AABB x aabb – F1) AaBb x AaBb (S.I.) 50 • Cruzamento clássico FREQUÊNCIA DOS GAMETAS RECOMBINANTES: • Cruzamento clássico Frequências fenotípicas dependem do sistema de interação alélica. c = 422 x 100 = 28,7 cM 1470 AaBb = 222 48 F2 Ligação de genes Como saber se dois genes estão ligados? AaBb x aabb c = 422 x 100 = 28,7 cM 1470 Ab c/2 aB c/2 ♀ aB c/2 Ab c/2 aB c/2 aB c/2 53 54 6 F2 – Acoplamento ou cis F2 – Acoplamento ou cis ♂ AB (1-c)/2 ab (1-c)/2 Ab c/2 aB c/2 AB (1-c)/2 AABB (1-c)2/4 AaBb (1-c)2/4 AABb c(1-c)/4 AaBB c(1-c)/4 ab (1-c)/2 AaBb (1-c)2/4 aabb (1-c)2/4 Aabb c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 Ab c/2 AABb c(1-c)/4 aB c/2 AaBB c(1-c)/4 ♀ ♂ AB (1-c)/2 ab (1-c)/2 Ab c/2 aB c/2 AB (1-c)/2 AABB (1-c)2/4 AaBb (1-c)2/4 AABb c(1-c)/4 AaBB c(1-c)/4 ab (1-c)/2 AaBb (1-c)2/4 aabb (1-c)2/4 Aabb c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 Aabb c(1-c)/4 Ab c/2 AABb c(1-c)/4 Aabb c(1-c)/4 AAbb c2/4 AaBb c2/4 aaBb c(1-c)/4 aB c/2 AaBB c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 AaBb c2/4 aaBB c2/4 ♀ 55 F2 – Acoplamento ou cis ♂ ab (1-c)/2 Ab c/2 aB c/2 AB (1-c)/2 AABB (1-c)2/4 AaBb (1-c)2/4 AABb c(1-c)/4 AaBB c(1-c)/4 ab (1-c)/2 AaBb (1-c)2/4 aabb (1-c)2/4 Aabb c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 Ab c/2 AABb c(1-c)/4 Aabb c(1-c)/4 AAbb c2/4 AaBb c2/4 aB c/2 AaBB c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 AaBb c2/4 aaBB c2/4 F2 – Repulsão ou trans ab c/2 Ab (1-c)/2 aB (1-c)/2 AB c/2 AABB c2/4 AaBb c2/4 AABb c(1-c)/4 AaBB c(1-c)/4 ab c/2 AaBb c2/4 aabb c2/4 Aabb c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 Ab (1-c)/2 AABb c(1-c)/4 Aabb c(1-c)/4 AAbb (1-c)2/4 AaBb (1-c)2/4 aB (1-c)/2 AaBB c(1-c)/4 aaBb c(1-c)/4 AaBb (1-c)2/4 aaBB (1-c)2/4 ♂ 61 57 Ligação (cis) • A_B_ = 3 x [(1-c)2/4] + 4 x [c(1-c)/4] +2 x [c2/4] • A_B_ = [ 2 + (1-c)2]/4 • A_bb = 2 x [c(1-c)/4] + 1 x [c2/4] • A_bb = [ 1 - (1-c) 2]/4 • aaB_ = 2 x [c(1-c)/4] + 1 x [c2/4] • aaB_ = [ 1 - (1-c) 2]/4 • aabb = (1-c)2/4 • aabb = (1-c)2/4 59 Ligação (trans) AB c/2 A_B_ = 9/16 A_bb = 3/16 aaB_ = 3/16 aabb = 1/16 56 58 ♀ • • • • Ligação (cis) AB (1-c)/2 ♀ Segregação Independente 2 genes com 2 alelos e dominância completa em ambos 60 Ligação (trans) • A_B_ = 2 x [(1-c)2/4] + 4 x [c(1-c)/4] + 3 x [c2/4] • A_B_ = (2 + c2)/4 • A_bb = 2 x [c(1-c)/4] + 1 x [(1 – c)2/4] • A_bb = (1 – c2)/4 • aaB_ = 2 x [c(1-c)/4] + 1 x [(1 – c)2/4] • aaB_ = (1 – c2)/4 • aabb = c2/4 • aabb = c2/4 62 63 7 •Cálculo da Ligação em F2: •Cálculo da Ligação em F2: •Fórmula de EMERSON = reunião das 4 equações por SOMA •Cálculo da Ligação em F2: •Poderia ser usado o valor de cada classe (Ex.: trans - aabb = c2/4) porém a devido a existência de muitas fontes de variação, é aconselhável usar um valor equilibrado, considerando as 4 equações (para cada caso, cis ou trans), representando as quatro classes, numa equação única. (A_B_ •Fórmula de EMERSON = reunião das 4 equações por SOMA N •Fórmula de FISHER = reunião das 4 equações por PRODUTO 64 + aabb) – (A_bb + aaB_) •CIS c = 1 - √[(ΣP – ΣR)/N] •TRANS c = √[(ΣR – ΣP)/N] 65 66 •Cálculo da Ligação em F2: c = 1-√[(ΣP– ΣR)/N] c = 1-√[(753– 50)/803] •Fórmula de FISHER = reunião das 4 equações por PRODUTO (Fórmula geral, para cis ou trans) Q = (26 x 24)/(583 x 170) Q = 624/99110 Q = Produto das combinações novas c = 1-√[703/803] Produto das combinações paternas Q = 0,006296 Resultado = equações biquadradas (Para facilitar, foi elaborada uma tabela com os valores de c, correspondentes aos valores de Q obtidos na fórmula) c = 1-√0,8755 c = 1-0,9357 c = 0,0643 c = 6,43 cM 67 68 fenótipos LIGAÇÃO EM CRUZ.-TESTE E F2 Por meio de cruzamentos (CT = Cruzamento teste e F2) de sementes de milho contrastantes para a cor (amarela B > b branca) e textura (lisa S > s enrugada), pesquisadores estudaram a ligação destes genes: Q = 0,006296 fenótipos para associação (cis) corresponde a um valor de c (%) de... c (%) entre 6 e 7% (ou entre 6 a 7 cM) CT1 CT2 6 CT2 F2 85 6 255 4 97 branco, liso 6 103 9 90 5 82 255 TOTAL 185 211 354 amarelo, liso 85 amarelo, enrugado 4 97 branco, liso 6 103 9 branco, enrugado 90 5 82 TOTAL 185 211 354 8 amarelo, enrugado CT1 branco, enrugado 8 CRUZAMENTO-TESTE c = Σ R x 100 (Fórmula para cruzamento-teste) N CT1 (cis) c = (4+6) x 100 = 0,054 X 100 = 5,4 cM 185 1) Determine a fase do heterozigoto de cada cruzamento. 3) Calcule o valor de ligação pela F2, utilizando as fórmulas de Emerson e Fisher. 70 amarelo, liso F2 2) Calcule o valor de ligação nos dois cruzamentos-teste. pela fórmula de EMERSON, c = 6,43 cM 69 71 CT2 (trans) c = (6+5) x 100 = 0,052 X 100 = 5,2 cM 211 72 8 CT2 F2 amarelo, liso 85 6 255 amarelo, enrugado 4 97 fenótipos CT1 8 branco, liso 6 103 9 branco, enrugado 90 5 82 TOTAL 185 211 354 F2 - EMERSON (c) cis Até a próxima! c = 1 - √[(ΣP – ΣR)/N] c = 1 - √[(255+82) – (8+9)/354] = 0,049 x 100 = 4,9 cM Profa. Vanessa F2 - FISHER Q = Produto das combinações novas Produto das combinações paternas Q = 8 x 9 = 0,00344 255 x 82 c ≈ 5 cM 73 74 9