Ligação,
Recombinação e
Mapas Genéticos
Prof. Saulo Pires
Biologia I
Ligação Gênica (Linkage)
O fenômeno foi descoberto em 1905
por BATESON e PUNNETT, que verificaram
a falta de independência de dois genes
em ervilhas. Logo após a redescoberta
dos trabalhos de Mendel, surgiram
relatos de genes que não seguiam a lei de
segregação independente. Bateson e
Punnett foram os primeiros a relatar o
fenômeno.
Ligação Gênica (Linkage)
Morgan
Stutervant
No entanto, o trabalho mais
célebre sobre ligação gênica devese a Morgan e seu discípulo
Stutervant, em 1911. Estes autores
relacionaram os desvios da
segregação independente à
presença dos genes no mesmo
cromossomo e propuseram a
utilização da freqüência de
recombinação para a realização de
mapeamento genético.
Ligação Gênica (Linkage)
Quando os genes estão muito
próximos, no mesmo cromossomo,
dizemos que ocorre "linkage
completa" ou ligação fatorial
completa e quando eles estão
suficientemente separados para que
ocorra crossing-over dizemos que
ocorre "linkage parcial" ou ligação
fatorial incompleta.
Ligação Gênica (Linkage)
Quando os genes estão localizados em
cromossomos diferentes eles segregam de
forma independente, porém, quando estão
localizados no mesmo cromossomo, não há
segregação e eles vão juntos para o mesmo
gameta. Esse processo é chamado de
ligação gênica. Eles não obedecem à lei da
segregação independente. Afinal, durante a
meiose irá haver uma tendência de que
esses genes permaneçam unidos, quando o
par de homólogos se separar.
Na segregação
independente, um
indivíduo AaBb
produz 4 tipos de
gametas, na
proporção de 25%
cada. Na ligação
gênica, o
indivíduo AaBb
produz apenas
gametas AB e ab,
na proporção de
50% cada.
Caso de Ligação Gênica
Em um caso de ligação
gênica, não basta se conhecer
o genótipo de um indivíduo.
É necessário que se
determine a posição relativa
dos genes no par de
homólogos. Podemos notar
que, embora as duas células
possuam os mesmos genes, a
sua posição, no par de
cromossomos homólogos
não é a mesma, o que
determina a produção de
tipos diferentes de gametas,
na meiose.
Existem diversas formas de se
indicar a posição dos genes no par de
homólogos. Uma delas é uma
nomenclatura habitualmente usada
pela química orgânica. O duploheterozigoto que tem os dois genes
dominantes no mesmo cromossomo e
os dois recessivos no outro (AB/ab) é
chamado de heterozigoto "cis". O
duplo-heterozigoto cujos genes
dominantes estão em cromossomos
diferentes do par de homólogos
(Ab/aB) é o heterozigoto "trans".
Recombinação Gênica
A recombinação gênica (ou
genética) refere-se à troca de genes
entre duas moléculas de ácido
nucléico, para formar novas
combinações de genes em um
cromossomo. A recombinação ocorre
durante a metáfase da meiose I,
(células são 4n, cada cromossomo é
duplicado e os cromossomos
homólogos são alinhados).
Em eucariotos, a recombinação
genética é um processo ordenado, que
normalmente ocorre como parte do ciclo
sexual do organismo. A recombinação
geralmente acontece durante a formação
das células reprodutivas, de modo que
essas células contenham DNA
recombinante. Já em bactérias, a
oportunidade para a recombinação
genética pode surgir de várias maneiras
diferentes, mas em todos os casos, duas
moléculas de DNA são unidas.
Algumas Recombinações
Recombinação homóloga
Recombinação sítio-específica
Recombinação Homóloga
Ela vai fazer o pareamento entre as
duas regiões de homologia facilitando a
troca de feixes.
Os alelos que estão em processo de
recombinação são homólogos, mas não
idênticos (se fossem idênticos não
formaríamos um novo variante de DNA).
No entanto eles não podem ser muito
diferentes, pois senão não serão
reconhecidos como homólogos. Um limite
de 10% de diferença é considerado ainda
razoável para se ter recombinação
homóloga entre dois trechos de DNA.
Recombinação Sítio-Específica
A recombinação sítio específica, ao contrário
da homóloga, é orientada primariamente por
proteínas que reconhecem seqüências particulares
do DNA e não por homologia de seqüências. A
recombinação sítio-específica não envolve extensa
homologia entre as seqüências de DNA, como
ocorre no crossing-over.
Ela necessita apenas que as seqüências de
ligação sejam localizadas por enzimas
especializadas, que catalisam a quebra e a reunião
das moléculas.
Esse tipo de recombinação é iniciado por
processos reguladores que tornam as enzimas
corretas disponíveis.
Crossing-Over
Se dois cromossomos se rompem e se
unem novamente, alguns genes
transportados por esses cromossomos
são trocados, processo esse denominado
crossing-over. As trocas provocam o
surgimento de novas seqüências de
genes ao longo dos cromossomos. Assim,
se em um cromossomo existem vários
genes combinados segundo uma certa
seqüência, após a ocorrência do crossingover a combinação pode não ser mais a
mesma.
Crossing-Over
Nessa combinação o gene A e B encontram-se
em um mesmo cromossomo, enquanto a e b estão
no cromossomo homólogo. Se a distância de A e B
for considerável, é grande a chance de ocorrer
uma permuta. E, se tal acontecer, uma nova
combinação gênica poderá surgir.
As combinações Ab e aB são novas. São
recombinações gênicas que contribuem para a
geração de maior variabilidade nas células
resultantes da meiose. Se pensarmos na existência
de três genes ligados em um mesmo cromossomo
(A, b e C, por exemplo), as possibilidades de
ocorrência de crossing-over dependerá da
distância em que os genes se encontram. Caso
estejam distantes, a variabilidade produzida será
bem maior.
Mapas Genéticos
Um Mapa de Ligação Genética mostra a
ordem dos genes em um cromossomo. A
ordem está baseada nos dados de freqüência
de recombinação entre os genes.
Para conhecer cada segmento de um
cromossomo, é importante termos um mapa
genético. Na construção de um mapa genético
é necessário que os genes estejam alinhados
nos cromossomos.
Quanto mais os genes estiverem
distanciados uns dos outros, maior será a taxa
de recombinação gênica e vice-versa. A
distância entre os cromossomos será sempre
igual à taxa de permutação.
Mapas Genéticos
Alfred Sturtevant imaginou que seria
possível construir mapas genéticos dos
cromossomos, a partir da estimativa da
distância entre os genes com base na
taxa de recombinação observada nos
cruzamentos. O mapa genético mostraria
a distribuição dos genes ao longo do
cromossomo e as distância relativas entre
eles, estimadas com base na taxa de
recombinação.
Método de Sturtevant
Um dos casos estudados por
Sturtevant envolvia três locos gênicos da
drosófia: yellow (y), vermilion (v) e
miniature (m). Os resultados
experimentais obtidos indicava que a
taxa de recombinação entre y e v era de
32,2%, e que a taxa de recombinação
entre y e m era de 35,5%. Assim y
estaria mais próximo de v do que de m.
Porém não se pode determinar em que
ordem os genes estão, se v está entre y
e m ou se y está entre v e m.
Método de Sturtevant
Sturtevant precisava saber a taxa
de recombinação entre os locos v e m
para determinar a seqüência dos três
locos no cromossomo. A distância
entre os locos v e m poderia ser de
67,7% (35,5 + 32,2) ou 3,3% (35,5 –
32,2).
Método de Sturtevant
A partir de cruzamentos entre fêmeas
duplo-heterozigóticas VvMm e machos
recessivos, Sturtevant verificou que a
porcentagem de recombinação entre os
locos v e m era de 3%. Resultado muito
próximo de uma das previsões (3,3%).
Com base no mesmo raciocínio de
Sturtevant, os cientistas têm concluído
mapas genéticos de diversos organismos
além da drosófila, inclusive da espécie
humana.
Construção de Mapas Genéticos
A construção de um mapa de ligação moderno
envolve basicamente a aplicação de técnicas de biologia
molecular aos conceitos originais de herança genética
demonstrados por Mendel. Dois requisitos básicos são
necessários para o desenvolvimento de um mapa
genético: (i) reprodução sexuada com geração de
descendências; (ii) uma fonte de marcadores moleculares
com comportamento Mendeliano. Entretanto, a
metodologia de construção de um mapa integra um
grande número de técnicas. Entre estas, destaca-se o
desenvolvimento de linhagens progenitoras e populações
segregantes adequadas, a identificação dos genótipos nos
locos marcadores por meio de técnicas de biologia
molecular, e a utilização de diversas análises estatísticas e
computacionais para a estimativa de ligação e distância
entre marcadores.
Obrigada...