LGN215 - Genética Geral
Aula 7:
Mutação e Recombinação Gênica
Prof. Dr. Antonio Augusto Franco Garcia
Monitora: Maria Marta Pastina
Piracicaba - SP
Mutação
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Conceito: qualquer modificação súbita e hereditária no conjunto
gênico de um organismo, que não é explicada pela recombinação
da variabilidade genética preexistente
Assim, um organismo mutante é aquele cujo fenótipo alterado é
causado por uma possível mutação
Tipo selvagem: padrão encontrado na natureza ou no estoque
de laboratório
Mutação gênica: alterações num número reduzido de
nucleotídeos da molécula de DNA, resultando no aparecimento
de um novo alelo
Mutação cromossômica: mutações que alteram de maneira
visível (ao microscópio), o número
ou a estrutura dos
cromossomos
Mutação de ponto
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Alterações na sequência de nucleotídeos, que alteram a
sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica codificada pelo
gene, levando a uma alteração fenotípica
No entanto, podem ocorrer mutações neutras, sem efeito algum
no fenótipo
Tipos de alterações:
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Adição, deleção ou substituição de base
Código genético
Adição e Deleção
DNA: AGA TGA CGG TTT GCA
RNA: UCU ACU GCC AAA CGU
Proteína: ser – tre – ala – lis - arg
Adição de uma Timina (T)
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DNA: AGT ATG ACG GTT TGC A
RNA: UCA UAC UGC CAA ACG U
Proteína: ser – tir – cis – gln – tre
Deleção de uma Timina (T)
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DNA: AGA TGA CGG TTT GCA (original)
DNA: AGA GAC GGT TTG CA
RNA: UCU CUG CCA AAC GU
Proteína: ser – leu – pro – asn
Substituição de base
Substituições de base: mutações nas quais um par de base
substitui outro
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Pode ser:
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Transição: substituição de uma base por outra da mesma
categoria química
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Purina substituída por purina (A → G ou G → A)
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Pirimidina substituída por pirimidina (C → T ou T → C)
Transversão: substituição de uma base por outra de
categoria química diferente (purina por pirimidina e vice e
versa)
Substituição de base
Mutação silenciosa: a substituição de bases não altera a seqüência de
aminoácidos na cadeia polipeptídica
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Ex:
DNA: AGC → AGG
RNA: UCG → UCC
Prot.: Serina – Serina
Mutação de sentido errado: a substituição altera um aminoácido na
cadeia polipeptídica
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Ex:
DNA: AGC → AAC
RNA: UCG → UUG
Prot.: Serina – Leucina
Mutação sem sentido: causa o aparecimento de um códon de
terminação no mRNA, impedindo a síntese completa da cadeia
polipeptídica
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Ex:
DNA: AGC → ATC
RNA: UCG → UAG Prot.: Serina – Códon de terminação
Mutações
Mutações sem sentido levarão ao término prematuro da tradução, tendo
um efeito considerável no funcionamento da proteína
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As adições e deleções de um único par de bases no DNA causará uma
mudança no quadro aberto de leitura do gene a partir desse ponto. Assim
toda a sequência de aminoácidos traduzida a partir do sítio mutante é
alterada, não tendo relação com a sequência original
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Resultado: perda completa da estrutura e função normal da
proteína
Anemia falciforme: substituição de base
Mutação somática vs germinativa
Mutações podem ocorrer em qualquer célula e em qualquer estágio do
ciclo celular. Portanto, podem ocorrer em células somáticas e em
células germinativas
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Uma mutação somática leva, geralmente, a um aglomerado de células
fenotipicamente mutantes chamado setor mutante
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Os setores mutantes podem ser identificados somente se seu fenótipo
contrastar visualmente com o fenótipo das células tipo selvagem
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Ex: mutação somática na maçã
vermelha Delicious. Alelo mutante que
determina cor dourada surgiu na
parede do ovário da flor, que se
desenvolveu na parte carnosa da maçã.
As sementes não são mutante e darão
origem a plantas normais (frutos
vermelhos).
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Mutação somática vs germinativa
Se a mutação for em um tecido cujas células ainda estão se multiplicando,
poderá surgir um clone mutante
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Mas se a mutação for em uma célula pós-mitótica, que não está se
multiplicando, o impacto sobre o fenótipo será desprezível
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Mutação somática vs germinativa
Se a mutação ocorre em células germinativas (reprodutivas), ou em
tecidos que darão origem a estas células, ela poderá ser transmitida às
gerações seguintes (mutação germinativa)
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Deve-se, no entanto, excluir a possibilidade de que as diferenças
fenotípicas surgiram devido à segregação meiótica e recombinação
normais
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Mutação somática vs germinativa
Uma mutação para um alelo que determina orelhas recurvadas surgiu na
linhagem germinativa de um gato normal com orelhas retas e expressouse na prole
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Mutação somática vs germinativa
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Mutações somáticas NÃO são transmitidas à descendência. Mas se for
tirada uma muda de um caule ou uma folha que apresente um setor
somático mutante, a planta que crescerá a partir desta muda pode
desenvolver tecido germinativo a partir do setor mutante.
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Ex: mutação produzindo um
alelo para pétalas brancas que
surgiu originalmente no tecido
somático, mas eventualmente
tornou-se parte do tecido
germinativo e pôde ser
transmitida através das
sementes.
Antes que um novo fenótipo herdável possa ser atribuído a uma mutação,
tanto a segregação quanto a recombinação devem ser excluídas como
tanto para as mutações
causas possíveis. Esta exigência é verdadeira
somáticas quanto para as germinativas.
Mutação
Mutações morfológica:
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Ex: alteração das asas em Drosophila
Asa vestigial
Tipo selvagem
Asa recurvada
Mutação
Mutações letais:
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Ex: alteração da plumagem em codorna japonesa
Tipo selvagem
Mutação letal
Mutação
Como as mutações causam diferenças no fenótipo?
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Gene
Fenótipo
Selvagem
Polipeptídeo
ação x
Informação x
Mutação
Novo
alelo
Polipeptídeo
alterado
Informação y
ação y
Fenótipo
Mutante
Mutação
Mutações são muito raras
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Taxa de mutação:
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1/1.000.000.000
A maioria das mutações são deletérias, sendo normalmente
eliminadas pela seleção natural
Tipo selvagem
Mutação letal
Mutação
Mutações espontâneas: de ocorrência natural. Possíveis causas:
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Erros na replicação do DNA
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Elementos genéticos móveis
Mutações induzidas: são produzidas quando o organismo é
exposto a um agente mutagênico, por exemplo, radiação ionizante
(mutagênico físico: raio x, raios alfa, por exemplo)
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Ex: mutação induzida em
Arabdopsis, folhas parcialmente
convertidas em pétalas
Mecanismos de reparo do DNA
A sobrevivência de um indivíduo
está diretamente relacionada à
sua estabilidade genética
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A manutenção desta estabilidade
requer não apenas um mecanismo
bem desenvolvido de replicação
do DNA, mas também de
mecanismos de reparação do
DNA, que reparam as lesões
acidentais (mutações) que
ocorrem continuamente no DNA
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Mutações cromossômicas
Mutações numéricas (aberrações numéricas):
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Variações no número de cromossomos
Mutações estruturais (aberrações estruturais):
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Variações na estrutura dos cromossomos
Aberrações cromossômicas numéricas
Mutações numéricas (aberrações numéricas): envolvem alterações
no número cromossômico
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Euploidias: células ou organismos com múltiplos do número básico
de cromossomos (x), ou seja, 3x (triplóides), 4x (tetraplóides), 5x
(pentaplóides), etc.
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Normalmente, os organismos eucariotos são haplóides (x) ou
diplóides (2x), ou seja, apresentam apenas uma ou duas cópias
do conjunto básico de cromossomos (x)
n: corresponde estritamente ao número de cromossomos dos
gametas. Ex: Trigo moderno, 2n = 6x = 42. Portanto, n = 3x =
21 (x = 7)
Aneuploidias: o organismo tem número anormal de cromossomos,
apresentando um ou poucos cromossomos a mais ou a menos que
o organismo selvagem
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Ex: 2n – 1 (organismo com
um cromossomo a menos),
chamado de monossômico; 2n + 1, organismo trissômico
Aberrações cromossômicas numéricas
As ABERRAÇÕES NUMÉRICAS são
também denominadas de poliploidias
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Importantes para a agricultura (60% das
plantas cultivadas tem origem poliplóide)
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Maior número de cromossomos e, em geral,
frutos, folhas e raízes maiores, aumentando
assim a produtividade
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Euploidias
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Autopoliploidia
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Alopoliploidia
Autopoliploidia
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Autopoliploidia: indivíduos com 3 ou mais genomas idênticos
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Genoma AA (2n) triplica-se, AA (3n)
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Ex: banana
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Diferentes níveis de ploidia podem ser selecionados. Ex:
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n → haplóide (A)
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2n → diplóide (AA)
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3n → triplóide (AAA)
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4n → tetraplóide (AAAA)
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6n → hexaplóide (AAAAAA), etc...
Autopoliploidia
Autopoliplóides: um autotetraplóide AAAA se origina diretamente de um
diplóide AA, pela duplicação de seu número de cromossomos ou pela
união de 2 gametas diplóides (não reduzidos)
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Colchicina: impede a formação das fibras do fuso e faz com que os
cromossomos não se separem na mitose. Tratamentos prolongados podem
criar séries numéricas de 4n, 6n, 8n, etc...
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Autopoliplóides Artificiais
Autopoliploidia
Triplóides (3n)
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Quando plantas tetraplóides (4n) ou diplóides (2n) não reduzidas
produzem gametas 2n viáveis que se unem na fertilização com
gametas haplóides (n).
Triplóides são estéreis devido à irregularidade na meiose.
Os triplóides crescem vigorosamente e dão frutos grandes com
pouca ou nenhuma semente. Para se estabelecer na natureza a
planta se propaga vegetativamente.
Exemplos: uva sem sementes, maçã, pera, banana
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Banana → genoma A, diplóide 2n = AA
Um gameta não reduzido (2n) se uniu a um gameta normal (n),
produzindo um indivíduo triplóide (3n), com genoma AAA
Autopoliploidia
Triplóides (3n)
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Exemplo: melancia sem semente, triplóides (Japão)
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Cruzamento de plantas diplóides (2n) com tetraplóides (4n), e
produção de sementes triplóides (3n) inviáveis
Mais saborosa e com mais polpa
Problema: quantidade de mão-de-obra para fazer os
cruzamentos entre as plantas 2n e 4n
Autopoliploidia
Tetraplóides (4n)
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Freqüentemente se originam a partir de uma duplicação de diplóides
(2n)
Aparecem com maior freqüência na natureza
Orquídeas: flores de maior tamanho, intensificação do colorido e
durabilidade das flores, além de maior resistência a doenças
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Rosas tetraplóides: folhas e flores bem maiores (gigantismo)
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Tomate tetraplóide: mais rico em vitamina C
Autopoliploidia
Tetraplóides (4n)
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Gramíneas forrageiras (braquiárias, colonião, jaraguá, etc...)
produzem mais massa (forragem) verde que as plantas diplóides
Seringueira autotetraplóide produz mais borracha que a diplóide,
pois apresenta maior crescimento e diâmetro dos vasos laticíferos.
Foi inicialmente desenvolvida no IAC
Alopoliploidia
Alopoliploidia: indivíduo com no mínimo 2 genomas diferentes
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Uma espécie nova é formada pela união de 2 genomas distintos
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Exemplo: algodão
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G. herbaceum e G. arboreum (diplóides) → Velho Mundo
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G. barbadense e G. hirsutum (alotetraplóides) → Novo Mundo
Novo Mundo
Velho Mundo
G. arboreum
G. herbaceum
G. hirsutum
G. barbadense
2n = 52 (genoma AADD)
2n = 26 (genoma AA)
Alopoliploidia
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História evolutiva do Trigo: alopoliplóide natural
Os alopoliplóides podem ser
sintetizados pelo cruzamento de
espécies proximamente relacionadas
e duplicação dos cromossomos do
híbrido, resultando em um indivíduo
anfidiplóide ( que significa “diplóide
duplicado”)
Atualmente, alopoliplóides são
sintetizados na agricultura. Os
cromossomos do híbrido estéril
obtido a partir de um cruzamento
interespecífico são duplicados com a
utilização de colchicina
Fusão de protoplastos: alopoliplóides
somáticos
Ex: Triticale, um anfidiplóide entre
Trigo (Triticum, 2n = 6x = 42) e
centeio
(Secale, 2n = 2x = 14),
combinando a alta produtividade do
trigo com a resistência do centeio
Alopoliploidia
Alopoliploidia pode resultar naturalmente no surgimento de uma nova
espécie
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Aneuploidias
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Alterações no número de
cromossomos, ocasionando ganho
ou perda de cromossomos
As conseqüências são graves tanto
para plantas como para animais
Origem de gametas aneuplóides:
não-disjunção na primeira ou
segunda divisão celular
Ex: Síndrome de Down (trissomia
do cromossomo 21)
Aberrações cromossômicas estruturais
Afetam a estrutura dos cromossomos, ou
seja, o número ou o arranjo dos genes nos
cromossomos
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Deficiência ou deleção: é a perda de uma
porção do cromossomo, resultando na falta
de um ou mais genes
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Aberrações cromossômicas estruturais
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Duplicação: é o produto da presença de uma porção extra de cromossomo,
resultando na repetição de um ou mais genes
Aberrações cromossômicas estruturais
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Inversão: ocorre quando, num determinado segmento de cromossomo,
houver duas fraturas, seguidas da subseqüente soldadura do fragmento
mediano, agora colocado em posição invertida
Normal
Paracêntrica
Pericêntrica
Aberrações cromossômicas estruturais
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Translocação: ocorre quando dois cromossomos não-homólogos quebram
simultaneamente e trocam segmentos
As translocações, inversões e deleções produzem uma esterilidade parcial
pela geração de produtos meióticos (gametas) desbalanceados, que podem
morrer ou gerar zigotos que morram