Genética Moderna (Pós-Mendeliana)

Genética Moderna
(Pós-Mendeliana)
Disciplina: Fundamentos de Genética e Biologia Molecular
Turma: Fisioterapia (1o Ano)
E-mail: [email protected]
Blog: http://marilandabellini.wordpress.com
EXPERIMENTOS DE MENDEL
Cruzamento Recíproco
Primeira Geração – F1
Parental ♂
Parental ♀
Primeira Geração – F1
Parental ♂
Parental ♀
Aula 03
F1
F1
EXPERIMENTOS DE MENDEL
Segunda Geração – F2
Autopolinização
Indivíduo
F1
Aula 03
Proporção 3:1
2ª. LEI DE MENDEL
A proporção de 9:3:3:1 é simplesmente a
combinação aleatória de duas proporções
independentes de 3:1, assim:
315+108=423 lisas
101+32=133 rugosas
3:
1
315+101=416 amarelas
108+32=140 verdes
3:
1
Aula 03
F2:
315 lisas, amarelas
108 lisas, verdes
101 rugosas, amarelas
32 rugosas, verdes
=
556
9:
3:
3:
1
=
16
Genética Moderna
“ Quando vários genes determinam o mesmo
caráter e interagem entre si de várias
formas”
Vários fenótipos são gerados
Genética Moderna
• Heranças que se afastam dos processos descritos
por Mendel em seus trabalhos.
• As proporções fenotípicas ≠ proporções clássicas
da genética mendeliana.
• Interação Gênica (não-Alélica), Epistasia,
Pleiotropia e Herança Multifatorial
(Quantitaiva).
Interação Gênica
(Não-alélica)
Quando vários pares de
genes não-alelos
podem interagir na
determinação de um
caráter hereditário.
CONCEITOS BÁSICOS:
Alelos:
Formas alternativas
de um mesmo gene.
Ex. A e a
Aula 03
Interação Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança complementar)
• Ocorre quando dois ou mais pares de genes nãoalelos se associam (interagem) determinando um
dada característica.
• Os genes tem segregação independente, porém
não se manifestam independentemente.
Interação-Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança Complementar)
Exemplos Clássico
Tipo de Crista de Galo
• Crista rosa: presença do gene R,
ausência do gene E.
• Crista ervilha: presença do gene E,
ausência do gene R.
• Crista simples: ausência dos genes E e R.
• Crista noz: presença dos gene E e R.
Interação-Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança Complementar)
Exemplos Clássico
Tipo de Crista de Galo
P
F1
X
Noz: RREE
F2
=
Simples: rree
Noz: RrEe
Interação-Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança Complementar) (9:6:1)
Exemplos Clássico
Formato da Abóbora
• Esférico: presença do gene A,
ou do gene B.
A_bb
aaB_
• Alongada: ausência dos genes A
e B.
aabb
• Discóide: presença dos gene A e
B.
A_B_
Interação-Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança Complementar) (9:6:1)
Exemplos Clássico
Formato da Abóbora
Interação-Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança Complementar) (9:7)
Exemplos Clássico
Surdez
Interação-Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança Complementar) (9:7)
Exemplos Clássico
• Recessiva
• presença do par gênico
dd Não forma
Cóclea.
• presença do par gênico
ee Não forma nervo
auditivo.
E_dd
eeD_
eedd
• Proporção: 9:7
Surdez
EeDd x EeDd
♂
ED
Ed
eD
ed
ED
EEDD
EEDd
EeDD
EeDd
Ed
EEDd
EEdd
EeDd
Eedd
eD
EeDD
EeDd
eeDD
eeDd
ed
EeDd
Eedd
eeDd
eedd
♀
Epistasia
• Ocorre quando um gene ou par de genes
impede (ou mascara) a manifestação de
outro gene (s) não alelo (s) e independente.
• A epistasia pode ser dominante ou recessiva.
Epistático impede
Hipostático impedido
HERANÇA MONOGÊNICA
CONCEITOS BÁSICOS
Herança Monogênica: É o tipo de herança determinada por um único
gene
Alelo Dominante
Quando seu efeito se faz notar, mesmo que ocorra em dose
simples.
Alelo Recessivo
Quando para manifestar seu efeito deve estar em dose
dupla.
Alelos Codominantes
Quando dois alelos influem de maneira detectável sobre o
fenótipo ( Ex: sistema ABO)
Aula 03
Epistasia
Dominante (13:3)
Exemplos Clássico
Cor da plumagem de galináceos
• Gene I epistático sobre gene C.
• Gene C Hipostático em relação à I
penas coloridas.
C_ii
• Gene c penas brancas.
cc__
C_I_
Apenas um I inibe a pigmentação Dominante
Epistasia
Dominante (13:3)
Exemplos Clássico
Cor da plumagem de galináceos
Epistasia
Dominante (12:3:1)
Exemplos Clássico
Cor da pelagem em cães
• Gene I epistático sobre genes B e b.
Pelagem caramelo
B_I_
bbI_
• Gene B Hipostático em relação à I
Pelagem preta.
B_ii
• Gene b Hipostático em relação à I
Pelagem chocolate
bbii
Apenas um I inibe a pigmentação Dominante
Epistasia
Dominante (12:3:1)
Exemplos Clássico
X
Cor da pelagem em cães
Epistasia
Dominante (12:3:1)
Exemplos Clássico
Cor de abóboras
• Gene I Epistático sobre genes V e v.
coloração branca
V_I_
vvI_
• Gene V Hipostático em relação à I
Coloração amarela.
V_ii
• Gene v Hipostático em relação à I
coloração verde.
vvii
Apenas um I inibe a pigmentação Dominante
Epistasia
Dominante (12:3:1)
Exemplos Clássico
Cor do fruto de abóboras
branco X verdes
VVII
vvii
F 1 : 100% branco
VvIi
F1 X F1
F2:
branco 12/16 __I_
amarelo 3/16 V_ii
verde
1/16 vvii
Epistasia
Recessiva (9:3:4)
Exemplos Clássico
Cor da pelagem de Ratos
• Par Gênico cc Epistático sobre genes B e b.
Pelagem branca
B_cc
bbcc
• Gene B Hipostático em relação ao par ii
Pelagem aguti (parda)
B_C_
• Gene b Hipostático em relação ao par ii
Pelagem preta
bbC_
i precisa estar em homozigose para inibir a
pigmentação Recessivo
Epistasia
Recessiva (9:3:4)
Exemplos Clássico
Cor da Pelagem de Ratos
Epistasia em Humanos
Fenótipo Bombaim
•Presença dos Alelos do sistema ABO (IA e IB),
mas não produção dos antígenos (anti-A e anti-B)
•Presença do gene h em homozigose falso O
• hh Epistático
em relação à IA e IB
h precisa estar em homozigose para inibir
produção de antígenos Recessivo
Pleiotropia
• do grego, pleion = mais numeroso e tropos =
afinidade.
• Um gene (ou par gênico) pleiotrópico mais do que uma característica fenotípica
que aparentemente não estão relacionadas.
• Efeito múltiplo de um gene.
Pleiotropia
Humanos
•
•
•
•
Síndrome de Laurence-Moon-Biedl-Bardet :
Herança Autossômica recessiva
Diversas mutações
1:17.500 a 1:160.000
▫ obesidade,
▫ problemas renais,
▫ hipogonadismo,
▫ dificuldade de aprendizado,
▫ dificuldade no desenvolvimento emocional,
▫ polidactilia.
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
Pleiotropia
Humanos
•
•
•
•
Síndrome de Marfan:
15q2.1 Dominante
Expressividade Variável
1/10.000
▫ estatura elevada,
▫ escoliose,
▫ braços e mãos alongadas,
▫ deformidade torácica,
▫ prolapso de válvula mitral,
▫ dilatação da aorta,
▫ miopia,
▫ luxação do cristalino.
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
Pleiotropia
Humanos
• Fenilcetonúria:
• 12q24.1 Recessiva
• Erro Inato do Metabolismo
▫ Retardo mental ,
▫ Microcefalia,
▫ Hipopigmentação da pele, cabelos e olhos,
▫ Irritabilidade,
▫ Epilepsia,
▫ Déficit do crescimento somático pós-natal,
▫ Distúrbios do comportamento,
▫ Outras alterações neurológicas (tremores,
hipertonia, hiper-refelixa tendinosa
profunda.
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
Pleiotropia
Humanos
• Anemia Falciforme
• 16q24.3 recessiva
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
Herança Quantitativa (multifatorial,
poligênica ou cumulativa)
• Dois ou mais pares de genes independentes (não alelos) a
mesma característica
• Somatória de efeitos
• Determinar diversas intensidades fenotípicas intermediárias.
• Características que variam quantitativamente (peso, altura,
coloração).
• Os fenótipos variam de modo contínuo e não contrastante.
Herança sem dominância, onde AaBB é diferente de AABB.
• Para se saber o número de fenótipos ou quantos pares de genes
estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos
número de poligenes = número de fenótipos - 1
número de fenótipos = número de poligenes + 1
Herança Quantitativa multifatorial,
poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele
• s ou t = produção mínima de melanina
S ou T = intensificam a produção de melanina
• sstt branco (quantidade mínima de melanina)
• Sstt / ssTt mulato claro (efeito acrescentador de + 1 gene)
• SsTt / SStt / ssTT mulato médio (efeito acrescentador de 2
genes)
• SSTt / SsTT mulato escuro (efeito acrescentador de + 3 genes)
• SSTT negro (efeito acrescentador de + 4 (todos) genes)
Herança Quantitativa multifatorial,
poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele
• Cálculos:
• número de fenótipos = número de genes + 1
5 = no Genes + 1
no Genes = 4 (ou dois pares)
• no de classes genotípicas = 3n ,
n = no de pares de genes.
no classes genotípicas. = 32
• no Classes genotípicas = 9 classes
(sstt, Sstt, ssTt, SsTt, SStt, ssTT, SSTt, SsTT e SSTT).
Herança Quantitativa multifatorial,
poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele (1:4:6:4:1)
Linha =
1
Número de fenótipos :
1
1
1
2
1
1
3
3
1
4
6
5ª linha = 5 fenótipos
Triângulo de Pascal
1
4
1
branco
Negro
Mulato
escuro
Mulato
claro
Mulato
médio
Herança Quantitativa multifatorial,
poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele
• Quando cruzamos dois indivíduos com fenótipos extremos, 100% da prole
será composta por indivíduos com fenótipo intermediário. Quando
cruzamos indivíduos heterozigotos, aparecem na geração subseqüente
todos os genótipos possíveis, obedecendo a uma distribuição normal.
• Exemplo: SsTt (mulato médio) x SsTt (mulato médio)
na descendência tem-se:
• 1 branco,
• 4 mulatos claros,
• 6 mulatos médios,
• 4 mulatos escuros,
• 1 negro.
3
2
Negro
2
Mulato Escuro
Mulato Médio
Mulato Claro
1
1
Branco
8
proporção fenotípica
7
mulato médio
6
5
4
mulato claro
mulato escuro
3
2
1
Branco
0
Classes fenotípicas
negro
Exercício
• Em certa espécie vegetal, a altura dos indivíduos
determinada é por dois pares de alelos de efeito
aditivo e segregação independente: cada alelo P
e R determina 20cm de altura e cada alelo p e r
determina 10cm. Assim, os indivíduos PPRR
têm 80cm e os indivíduos pprr, 40cm.
Esquematize o cruzamento entre heterozigotos
PpRr, indicando as alturas dos progenitores e
dos descendentes.
PpRr = (20cm + 10cm + 20cm + 10cm) = 60 cm
Ex: Método da Linha Bifurcada.
Outra possibilidade é o Quadro de Punet
R
R
PPRR
(20cmx4)
80 cm
r
PPRr
(20cm x 3) +10cm)
70 cm
R
PPRr
(20cm x 3) +10cm)
70 cm
r
PPrr
(20cm x2) + (10cmx2)
60 cm
R
PpRR
(20cm x 3) +10cm)
70 cm
r
PpRr
(20cm x2) + (10cmx2)
60 cm
R
PpRr
(20cm x2) + (10cmx2)
60 cm
r
Pprr
20cm + (10cm x 3)
50 cm
R
PpRR
(20cm x 3) +10cm)
70 cm
r
PpRr
(20cm x2) + (10cmx2)
60 cm
R
PpRr
(20cm x2) + (10cmx2)
60 cm
r
Pprr
20cm + (10cm x 3)
50 cm
R
ppRR
(20cm x2) + (10cmx2)
60 cm
r
ppRr
20cm + (10cm x 3)
50 cm
R
ppRr
20cm + (10cm x 3)
50 cm
r
pprr
(10cmx4)
40 cm
P
r
P
R
p
r
R
P
r
p
R
p
r
Genética de Populações
• 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.
Genética de Populações
• 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
• 1908
• matemático inglês Godfrey H. Hardy
• médico alemão Wilhem Weinberg
• Em duas gerações a população atingiu um estado
de equilíbrio, chamado de Hardy-Weinberg
Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• Em populações infinitamente grandes, com
cruzamentos ao acaso, 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.
Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• As frequências de alelos e genótipos serão
constantes ao longo das gerações quando uma
população apresentar:
▫ Uma grande número de indivíduos;
▫ Reprodução aleatória;
▫ Nenhuma seleção;
▫ Nenhuma mutação;
▫ Não apresentar migração entre populações.
Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• A reprodução sexuada, em si, não traz mudanças
evolutivas;
• Mudanças nas frequências dos alelos surgem
somente de forças externas atuando no pool gênico
de uma população
• A maioria das populações naturais foge ao
equilíbrio de Hardy-Weinberg
Genética de Populações
Equilíbrio 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
Genética de Populações
Equilibrio 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
Como saber se a população está em Equilíbrio de
Hardy-Weinberg?
Modelo Matemático
(a+b)n
p2 + 2pq + q2 = 1
Frequências Genotípicas
(A+a)2
(p+q)2
p2 = Frequência (AA)
2pq = Frequência (Aa)
q2 = Freqüência (aa)
p= Frequência alelo (A)
q= Frequência alelo (a)
f (A)
f (a)
f (A)
AA
Aa
f (a)
Aa
aa
Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Aplicações
• 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
• Quais as freqüências gênicas e genotípicas?
Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Aplicações
•
•
•
•
Freqüências Gênicas:
Número total de genes (A+a) = 2.000
Número de genes A = (640x2) + 320 1.280 + 320 = 1.600
Número de genes a = (40x2) + 320 80 + 320 = 400
• f(A) = p = 1.600/2.000 = 0,8 ou 80%
• f(a) = q = 400/2.000 = 0,2 ou 20%
AA
640 indivíduos
Aa
320 indivíduos
aa
40 indivíduos
Total
1.000 indivíduos
Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Aplicações
• f(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%
AA
640 indivíduos
Aa
320 indivíduos
aa
40 indivíduos
Total
1.000 indivíduos
Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Teste do Qui-Quadrado
Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Teste do Qui-Quadrado
Teste χ2
Frequência
Observada (FO)
Frequência Esperada
(FE = frequencia genotípica x Total)
χ2
(FO-FE)2/FE
AA
640
p2x1000 = (0,64x1000)= 640
0
Aa
320
2pqx1000 (0,32x1000)= 320
0
aa
40
q2x1000( 0,04x1000)= 40
0
Total
1000
1000
0
No Genótipos -1
Nível de Significância (%)
Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Teste do Qui-Quadrado
Teste χ2
Frequência
Observada (FO)
Frequência Esperada
(FE = frequencia genotípica x Total)
χ2
(FO-FE)2/FE
AA
640
p2x1000 = (0,64x1000)= 640
0
Aa
320
2pqx1000 (0,32x1000)= 320
0
aa
40
q2x1000 (0,04x1000)= 40
0
Total
1000
1000
0
Como Qui2 obs (0,000) < Qui2 Tab (0,020) = População em equilíbrio
Determinação das frequências alélicas e genotípicas
Herança Codominante
Ex: Grupo sanguíneo MN
MM = 355 indivíduos; MN = 473 indivíduos; NN = 172 indivíduos
Cálculo as freqüências alélicas
M=p
p= [2 x (no indivíduos MM)] + (no indivíduos MN)
2 x (somatório no indivíduos)
p= (2x355) + 473 p=0,5915 f (M)=0,5915
2 x 1000
N=q
q= [2 x (no indivíduos NN)] + (no indivíduos MN)
2 x (somatório no indivíduos)
q= (2x172) + 473 q=0,4085 f (N)=0,4085
2 x 1000
Ou, (p+q)=1 (0,5915+q)=1 q = 0,4085
Cálculo das frequências
genotípicas
MM = p2
0,59152 = 0,3499
MN = 2pq
2 x 0,5915 x 0,4085 = 0,4832
NN = q2
0,40852 = 0,1669
∑= 1, 0000
Essa população está em Equilíbrio de Hardy-Weinberg?
Teste χ2
Herança Codominante
Frequência
Observada (FO)
Frequência Esperada
(FE) *
χ2 **
MM
355
(0,3499x1000)= 350
0,071
MN
473
(0,4832x1000)= 483
0,207
NM
172
(0,1669x1000)= 167
0,150
Total
1000
1000
0,428
0,75 < P < 0,90 População em Equilíbrio
*Frequência Esperada = Frequência genotípica x somatório no indivíduos
**χ2 = (FO – FE)2
FE
Determinação das frequências alélicas e
genotípicas - Herança Dominante
Ex: Sensibilidade ao PTC
Sensíveis (II ou Ii) = 46 indivíduos; Insensíveis (ii) = 11 indivíduos
Cálculo as freqüências alélicas
Cálculo das frequências genotípicas
i=q
II = p2
0,56082 = 0,3158
q2 = 11 q =
57
V0,1929 q = 0,4392
Ii = 2pq
2 x 0,5608 x 0,4392 = 0,4913
I=p
p= (1 – q) p = (1-0,4392) p= 0,5608
ii = q2
0,43922 = 0,1929
Determinação das frequências alélicas e
genotípicas - Alelos Múltiplos
Ex: Sistema Sanguíneo ABO
A (IA IA ou IAi) = 4791 indivíduos; B (IBIB ou IBi) = 1032 indivíduos; O
(ii) = 5150 indivíduos; AB (IA IB) = 362 indivíduos
Frequências Alélicas
(a+b+c)
IA = p
(IA+IB+i)
IB =
q
i=r
(p+q+r) = 1
(A + O) = (p + r)2
O = = ii = 5150
p+r = V (A+O)
r = 5150 0,674
p = V (A+O) – r
V 11335
p = V 4791+5150 – 0,674
11335
p = 0,262
r2
p+q+r = 1 q = 1 – (p+r)
q = 1 – (0,674 + 0,262) q = 0,064
Frequências Genotípicas
p2 = (IA IA) = 0,2622 = 0,067
q2 = (IBIB) = 0,0642 = 0,005
r2= (ii) = 0,6742 = 0,454
2pq = (IA IB) = 2x 0,262 x 0,064 =
0,034
2pr = (IAi) = 2 x 0,262 x 0,674 = 0,353
2qr = (IBi) = 2 x 0,064 x 0,674 = 0,087
Determinação das frequências alélicas e
genotípicas - Herança Ligada ao Sexo
Ex: Gene recessivo Ligado ao X
40% mulheres, 60% homens
Homens
40% = XaY
60% = XAY
X-
Mulheres
16% = XaXa
84% = XA
Cálculo as freqüências alélicas
Cálculo das frequências
genotípicas femininas
XaXa = q2
0,42 = 0,16
XA
=p
p= f (XAY) = 0,6
XA Xa = 2pq
2 x 0,6 x 0,4 = 0,48
Xa = q
q= f (XaY) = 0,4
XA XA = q2
0,62 = 0,36
∑= 1, 0000
*PLEIOTROPIA
Característica 1
Característica 2
Característica 3
Característica n
QUANTITATIVA
Genes diferentes
adicionam
valores ao
fenótipo, que
apresenta
variação na
intensidade.
Referências
NUSSBAUM, R.L.; MCINNES, R.R. &
WILLARD, H.F. Thompson e Thompson
Genética Médica. 7ª ed.,Elsevier, 2008.
SNUSTAD, P.; SIMMONS, M.J. Fundamentos
de Genética. 4ª ed., Rio de Janeiro, Guanabara
Koogan, 2008.