+ Utilização de
Drosophila
melanogaster
como modelo em
estudos de
Genética Clássica
Diana Lobo
Cristina Aguiar
2011
Aceite para publicação em 6 de Junho de 2011

+
Enquadramento
Nesta apresentação revisitar-se-ão
alguns trabalhos de Gregor Mendel e
os resultados que conduziram às
suas Leis, e que constituem as
fundações da designada Genética
Clássica ou Hereditariedade
Mendeliana.
Adicionalmente, abordar-se-ão as
características que fazem de
Drosophila melanogaster, a mosca da
fruta, um excelente modelo em
estudos de Genética, e de Genética
Clássica em particular.

+
Gregor Mendel
Imagemadaptadade:
http://kentsimmons.uwinnipeg.ca/cm1504/mendel.htm
O “Pai da Genética”
Gregor Mendel
1822-1884
Imagemadaptadade:http://www.biologie.uni-
hamburg.de/b-online/d08_mend/mendel.htm

+
As experiências de Mendel
 Realizou estudos com a ervilheira (Pisum sativum) no Mosteiro da Ordem de
Santo Agostinho, em Brno, na República Checa.
 Os seus trabalhos constituem os alicerces da Genética e fundamentam as
chamadas LEIS DE MENDEL.
Jardins do Mosteiro onde Mendel realizou as suas experiências
Imagemadaptadade:GriffithsA.,MillerH.&William
M.AnIntroductiontoGeneticAnalysis,7th
Edition.

+
Metodologia científica de Mendel
 Escolha de material biológico adequado – fácil cultivo e
crescimento;obtenção de várias gerações com elevado número de
descendentes; ciclo de vida curto; flor com estrutura adequada ao controlo da
fecundação,; para além de poder reproduzir-se por auto-polinização e
características diferenciadas e contrastantes.
 Utilização de linhas puras
 Avaliação de um caracter individualmente
 Tratamentos matemáticos para analisar os dados

+
 Mendel estudou 7 caracteres ou características em Pisum sativum,
cada uma com duas manifestações fenotípicas distintas.
Metodologia científica de Mendel
Forma das sementes Cor das sementes
Forma da vagem Cor da vagem
Posição das flores
Cor das flores
Tamanho dos caules

+
Conceitos importantes
 Determinantes Hereditários de Mendel: são actualmente designados por
GENES. As diferentes formas de um gene designam-se ALELOS.
Exemplo: Gene = “pê”; Alelo = P (dominante) ou p (recessivo)
 Genótipo: Constituição genética de um indivíduo.
Exemplo: PP, Pp ou pp
 Fenótipo: Características observáveis.
Exemplo: Púrpura ou Branca
 Homozigótico: os alelos do par são idênticos.
Exemplo: PP (Homozigótico dominante) ou pp (Homozigótico recessivo)
 Heterozigótico: os alelos do par são diferentes.
Exemplo: Pp
PP Pp pp
Imagem adaptada de: http://www.cientic.com/heredit1_pp23.html

+
1ªLei de Mendel
Monohibridismo
Cruzamentos em que os progenitores apenas se diferenciam numa
característica, relacionada com a transmissão de um só gene.
crescimento
(P) Geração Parental
cruzamento
(F1) 1ªgeração filial
F1xF1
x
PP pp Pp
Pp Pp
x
?

+
1ªLei de Mendel
Monohibridismo
½ P ½ p
½ P ¼ PP ¼ pP
½ p
¼ Pp ¼ pp
Gâmetas
Gâmetas
PP= ¼ (Homozigóticos dominantes)
Pp= ½ (Heterozigóticos)
pp= ¼ (Homozigóticos recessivos)
1ªLei de Mendel:
PRINCÍPIO DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE
¾ manifestam o fenótipo púrpura
codificado por um alelo dominante
¼ manifesta o fenótipo branco
codificado pelo alelo recessivo e apenas
expresso quando estão presentes duas
cópias desse alelo recessivo
F1xF1
3:1

+
Para cada característica existem determinantes hereditários
de natureza particular.
Cada ervilheira tem um par desses determinantes, em cada
célula, para cada característica estudada.
Durante a formação dos gâmetas os membros desse par
separam-se de forma idêntica.
Cada gâmeta transporta um dos elementos desse par.
A união dos gâmetas para formar um zigoto reúne o par
desses determinantes hereditários.
Primeira Lei de Mendel:

+
Princípio da Segregação
Independente
Durante a formação dos gâmetas, os dois membros de um par de
determinantes hereditários – que actualmente designamos e
conhecemos como “genes” - separam-se.
Metade dos gâmetas terão um dos membros e a outra metade o
outro membro.
Aa
a
A
Formação de gâmetas

+
Testcross
 Para verificar esta hipótese, das plantas da primeira geração
filial (F1) terem o genótipo Pp é necessária a realização de
um teste:
Testcross
 Teste idealizado com a finalidade de, através da descendência, se
conseguir identificar o genótipo de um dado indivíduo progenitor. O
teste efectua-se cruzando o indivíduo com o fenótipo codificado por um
alelo dominante, mas cujo genótipo é desconhecido (genótipo Aa ou AA),
com um indivíduo com fenótipo codificado pela presença dos dois alelos
recessivos (genótipo aa)

+
Testcross
xFenótipo codificado por
um alelo dominante e
genótipo desconhecido
(Aa ou AA)
Fenótipo codificado
pelos dois alelos
recessivos e genótipo
conhecido (aa)
OU
A A
a
a
Aa
Aa Aa
Aa
A a
a
a
Aa
Aa
aa
aa
Se… Se…
100% Amarelo 50% Amarelo : 50% Verde

+
2ªLei de Mendel
Dihibridismo
Cruzamentos em que os progenitores diferem em duas características.
x
(P)
cruzamento
(F1)
F1xF1
x
(F2)
9:3:3:1
Duas caracteristicas:
Forma das sementes
Cor das sementes
Linha pura lisa e verde vs
Linha pura rugosa e amarela
aaLL AAll
AaLl AaLl AaLl

+
2ªLei de Mendel
Dihibridismo
AL aL Al al
AL AALL AaLL AALl AaLl
aL
AaLL aaLL AaLl aaLl
Al
AALl AaLl AAll Aall
al
AaLl aaLl Aall aall
Gâmetas
Gâmetas
315
108
101
32
A proporção 9:3:3:1
traduz a combinação
de duas proporções 3:1
independentes
Cada par de genes actua independentemente do outro
A hereditariedade das duas características processa-se de forma independente
F1xF1

+
Lei da Independência dos
caracteres
A segregação dos membros de qualquer par de genes é
INDEPENDENTE da segregação de outros pares.
Existe uma uniformidade dos híbridos da 1ªgeração (F1) em relação aos caracteres
em estudo, manifestando-se os caracteres codificados pelos alelos dominantes.
Todas as sementes são amarelas e lisas. Os caracteres codificados pelos alelos
recessivos (cor verde e forma rugosa) não se manifestam.
A geração F2 revelou-se heterogénea surgindo, além dos fenótipos parentais, dois
novos fenótipos (verde/rugoso e amarelo/liso).

+
Drosophila
melanogaster
 Primeiros Trabalhos:Thomas H. Morgan
 Características que a tornam especial
 Ciclo de vida
 Morfologia. Distinção entre os sexos
 Tipo selvagem e Mutantes
 Cruzamentos genéticos

+
Thomas H.Morgan
Imagem adaptada de:
http://www.sciencephoto.com/images/downl
oad_lo_res.html?id=670031560
Imagemadaptadade:
http://academic.pgcc.edu/~kroberts/biotech/chapt2/morgan.htm
 Desenvolveu, a partir de
1910, estudos genéticos com
a mosca da fruta – Drosophila
melanogaster.
 Prémio Nobel em 1933

+
Características
Drosophila melanogaster é um organismo modelo para o estudo da Biologia do
Desenvolvimento, pelo facto de possuir determinadas características:
Dimensões reduzidas (3 a 4 mm)
Facilidade de distinção entre machos e fêmeas
Ciclo de vida curto (12 dias, aproximadamente)
 Elevada taxa de fecundidade
Descendência numerosa
Facilidade de manutenção de culturas em laboratório
Susceptível de manipulação genética
Cariótipo com 4 pares de cromossomas (3 pares autossómicos e 1 par sexual)
Genoma descodificado e publicado desde 2000
Genoma pequeno, com cerca de 14 000 genes

+
Ciclo de Vida
Ciclo de
Vida
Fase do Ciclo de Vida: Pupa
Larva
Imagens cedidas por Amaro Rodrigues, Universidade do Minho
Assinalam-se os olhos (1) e as
antenas (2) em desenvolvimento,
assim como os esboços alares (3),
Fase do Ciclo de Vida: Larva
1
2
3
Puparium vazio

+
Morfologia
 Insecto com cabeça, toráx e abdómen.
 Cabeça com pêlos e sedas apresentando um par de antenas na região
anterior e, lateralmente, dois olhos compostos vermelhos.
 Tórax de cor amarela-acastanhada, com três pares de patas que
terminam em garras.
 Um par de asas finas e transparentes no segundo segmento torácico
(insecto da ordem Díptera).
 Abdómen segmentado e sem apêndices, em parte pigmentado de
negro e coberto de pêlos.

+
Morfologia
Distinção entre os sexos
Fêmea Macho
*Parâmetro apenas utilizado em moscas adultas
** Estrutura pilosa no par de patas anterior. Parâmetro mais seguro na distinção de moscas
Imagens cedidas por Amaro Rodrigues
Universidade do Minho

+
Exemplares
Tipo selvagem e Mutantes
■ A forma predominante de Drosophila melanogaster na Natureza apresenta o
corpo cinzento, olhos vermelhos e asas longas e denomina-se a forma ou tipo
selvagem. Forma a quase totalidade das populações naturais desta espécie.
 A qualquer variação hereditária deste “tipo padrão”
denomina-se mutante. As mutações podem afectar as
diferentes partes do corpo do adulto.
 Apresenta 4 pares de cromossomas (2n=8)
homólogos que se designam por I, II, III e IV. O
par de cromossomas I corresponde ao par de
cromossomas sexuais. Na fêmea há dois
cromossomas X e, no macho, um cromossoma X e
um cromossoma Y. Este, devido à sua
heterocromatina, é praticamente inactivo do ponto
de vista genético.
Imagem adaptada de: Griffiths A., Miller H. &
William M. An Introduction to Genetic Analysis,
7th
Edition.

+
Exemplares
Mutantes
 Nomenclatura:
É costume representar-se o genótipo das formas alternativas
pela letra ou letras iniciais da palavra inglesa que expressa o
fenótipo da característica em causa. A letra será minúscula ou
maiúscula consoante a referida característica seja codificada
por um alelo recessivo ou pelo alelo dominante,
respectivamente.
Exemplo: Alelo para olhos brancos = w (white) (minúscula porque o
fenótipo white manifesta-se pela presença de duas cópias do alelo
recessivo)
Quando este locus é ocupado pelo alelo da forma selvagem, este
representa-se pela mesma letra associada ao sinal +.
Exemplo: Alelo para olhos vermelhos = w+
w+
w
Imagens cedidas por Amaro Rodrigues,
Universidade do Minho

+
Exemplares
Mutantes
 I) Mutação nos olhos
ey (eyeless): olhos pequenos ou por vezes ausentes
v (vermilion): olhos de cor vermelhão, mais claros que
no tipo selvagem
se (sepia): olhos de cor acastanhada, escurecendo para
preto com a idade
w (white): olhos brancos
B (Bar): olhos da mesma cor vermelha mas mais
estreitos que os do tipo selvagem
bw (brown): olhos de cor vermelha-acastanhada que se
tornam púrpura com a idade
Bar
white
sepia
Imagens cedidas por Amaro Rodrigues, Universidade do Minho

+
Exemplares
Mutantes
 II) Mutação das sedas e pêlo
f (forked): sedas bifurcadas ou recurvadas, mais curtas que as do tipo selvagem
ss (spineless): sedas mais curtas que no tipo selvagem
 III) Mutações da cor do corpo
y(yellow): corpo amarelo
e (ebony): corpo de cor escura
yellow
Imagem cedida por Amaro Rodrigues, Universidade do Minho

+
Exemplares
Mutantes
 IV) Mutações das asas
Cy (Curly): asas reviradas para cima
ct (cut): asas “cortadas” na extremidade
m (miniature): asas reduzidas em tamanho
vg (vestigial): asas muito pequenas e de contorno irregular
dp (dumpy): asas obliquamente truncadas e reduzidas
vestigial
Imagem cedida por Amaro Rodrigues, Universidade do Minho

+
Cruzamentos
Hereditariedade ligada ao sexo
Thomas Morgan encontrou um macho mutante de olhos brancos
(white) e cruzou-o com uma fêmea de olhos vermelhos (selvagem).
Geração F1 com 100% de indivíduos (machos e
fêmeas) de olhos vermelhos.
x
Alelo para olhos vermelhos
DOMINANTE sobre o alelo
mutante para olhos brancos.
Imagens cedidas por Amaro Rodrigues, Universidade do Minho
P)
F1)
cruzamento

+
Cruzamentos
Hereditariedade ligada ao sexo
No entanto, quando num cruzamento idêntico se utiliza uma fêmea
com olhos white os resultados do cruzamento são distintos ….
x
½ de machos
white
½ de fêmas
selvagem
Thomas Morgan concluiu que o gene
responsável pela cor dos olhos estaria
localizado num cromossoma para o qual
não existisse verdadeiro homólogo.
Tal verifica-se no par de
cromossomas sexuais
Imagens cedidas por Amaro Rodrigues, Universidade do Minho Imagem adaptada de:
http://www.cientic.com/heredit2_pp17.html
P)
F1)
cruzamento

+
Cruzamentos
Hereditariedade ligada ao cromossoma X
 Hereditariedade ligada ao sexo: Padrão de hereditariedade de determinados genes
paralelo ao padrão de hereditariedade dos cromossomas sexuais.
As fêmeas possuem 2 cromossomas X (verdadeiros homólogos), os machos
possuem 1 cromossoma X e 1 cromossoma Y, sem genes correspondentes (não
são verdadeiros homólogos).
Gene responsável pela cor dos olhos estaria no cromossoma X.
Os machos possuem um único alelo, por terem um único cromossoma X, e manifestam
o fenótipo correspondente a esse mesmo alelo.

+
1ªLei de Mendel
Em cruzamentos com Drosophila melanogaster
x
P) macho selvagem x
fêmea vestigial
cruzamento
F1) 100% de indíviduos
selvagens
F1xF1
x
½ vg+
½ vg
½ vg+
½ vg
F1xF1
Gâmetas
Gâmetas
vg+
vg+
vgvg
vg+
vg
¼ vg+
vg+ ¼ vgvg+
¼ vg+
vg ¼ vgvg
¾ manifestam o fenótipo selvagem
codificado por um alelo dominante e ¼
manifesta o fenótipo asas vestigiais,
que se expressa quando dois alelos
recessivos estão presentes
3:1
Exemplo 1:
Hereditariedade
autossómica
recessiva
F2)

+
1ªLei de Mendel
Em cruzamentos com Drosophila melanogaster
x
P) macho selvagem x
fêmea sepia
cruzamento
F1)100% de indíviduos
selvagens
F1xF1
x
½ se+
½ se
½ se+
½ se
F1xF1
Gâmetas
Gâmetas
se+
se+
sese
se+
se
¼ se+
se+
¼ sese+
¼ se+
se ¼ sese
¾ Manifestam o fenótipo selvagem
codificado por um alelo dominante e
¼ manifesta olhos sepia, o fenótipo
que se expressa quando o alelo
recessivo está presente em duas
cópias
3:1
Exemplo 2:
Hereditariedade
autossómica
recessiva
F2)

+
Sumário
 Gregor Mendel e os seus cruzamentos com ervilheiras. Leis de Mendel.
Conceitos de dominância e recessividade.
 Contributo de Thomas Morgan para a Genética Clássica: a
hereditariedade ligada ao sexo (cromossoma X).
 Utilização de Drosophila melanogaster em estudos de hereditariedade e
características que a tornam um bom modelo biológico.
 Ciclo de vida de Drosophila melanogaster. Distinção do sexo em insectos
adultos. O tipo selvagem e as estirpes mutantes. Nomenclatura.

+
Agradecimentos
 À Casa das Ciências/Fundação Calouste Gulbenkian a
concessão de uma bolsa para o desenvolvimento deste
trabalho.
 À professora Doutora Isabel A.-P. Mina pelos esclarecimentos
relativos a Drosophila melanogaster.
 Ao Dr. Amaro Rodrigues, pelas cedência das imagens de
Drosophila melanogaster apresentadas neste trabalho.

+
Referências
 http://www.ufv.br/dbg/labgen/mend.html
 Salsa J (2005) Hereditariedade Mendeliana. Disponível em:
http://www.cientic.com/portal/
 Aguiar C (2007) Hereditariedade e Evolução - Trabalhos
Práticos. Departamento de Biologia, Universidade do Minho.
 Aguiar C.Vlabs-Laboratório Virtual de Genética. Universidade
do Minho (http://vlabs.uminho.pt/biologia/biologia.html).