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Ligação, recombinação e mapas genéticos

Ligação, Recombinação e Mapas Genéticos

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Ligação,
Recombinação e
Mapas Genéticos
Emilene Freires
Nutrição - UFPI
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...

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  • 2. 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.
  • 3. 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.
  • 4. 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.
  • 5. 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.
  • 6. 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.
  • 7. 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.
  • 8. 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".
  • 9. 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).
  • 10. 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.
  • 12. 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.
  • 13. 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.
  • 14. 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.
  • 15. 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.
  • 16. 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.
  • 17. 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.
  • 18. 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.
  • 19. 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).
  • 20. 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.
  • 21. 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.