Introdução à Genética
15.1 Descoberta dos elementos de transposição no milho
O sequenciamento do DNA de genomas de uma diversidade de
microrganismos, plantas e animais indica que os elementos de transposição existem em praticamente todos os organismos. Surpreendentemente, eles são, de longe, o maior componente do genoma humano, responsáveis por quase 50% de nossos cromossomos. Apesar da sua abundância, o papel genético normal desses elementos não é conhecido com certeza.
Em seus estudos, os cientistas são capazes de explorar a capacidade dos
elementos de transposição de se inserirem em novos sítios no genoma. Os elementos de transposição modificados em tubo de ensaio são ferramentas valiosas, tanto em procariotos quanto em eucariotos, para o mapeamento genético, criação de mutantes, clonagem de genes e mesmo para a produção de organismos transgênicos. Reconstruiremos algumas das etapas na evolução de nossa atual compreensão sobre os elementos de transposição. Ao fazer isso, revelaremos os princípios que orientam essas fascinantes unidades genéticas.
15.1 Descoberta dos elementos de
transposição no milho
Experimentos de McClintock | O elemento Ds
Na década de 1940, Barbara McClintock fez uma descoberta incrível enquanto estudava os grãos coloridos do chamado milho indiano (ver Organismo-modelo, Milho, adiante). O milho tem 10 cromossomos, numerados do maior (1) até o menor (10). Enquanto analisava a quebra dos cromossomos desse milho, McClintock observou alguns fenômenos incomuns. Ela observou que, em uma linhagem de milho, o cromossomo 9
quebrava muito frequentemente em um local particular, ou locus (Figura
15.2). Ela determinou que a quebra do cromossomo nesse locus ocorria em virtude da presença de dois fatores genéticos: um fator, que ela denominou Ds (em referência à Dissociação), e estava localizado no lugar da quebra, e outro fator, não ligado, necessário para “ativar” a quebra do cromossomo 9 no locus Ds. McClintock denominou esse segundo fator Ac (em referência a Ativador).
McClintock começou a suspeitar de que Ac e Ds fossem de fato
elementos genéticos móveis quando ela descobriu ser impossível mapear Ac. Em algumas plantas, ele mapeava em uma posição; em outras plantas da mesma linhagem, ele mapeava em posições diferentes. Como se esse mapeamento variável não fosse uma curiosidade suficiente, grãos raros, com fenótipos marcadamente diferentes, podiam ser derivados da linhagem original que sofreu quebras frequentes no cromossomo 9. Um desses fenótipos era um grão incolor raro que continha manchas pigmentadas.
A Figura 15.3 compara o fenótipo da linhagem com a quebra
cromossômica com o fenótipo de uma dessas linhagens derivadas. Em relação à linhagem com quebra cromossômica, um cromossomo que se quebra em Ds ou perto dele perde a sua extremidade que contém alelos do
tipo selvagem dos genes C, Sh e Wx. No exemplo demonstrado na Figura
15.3 A, ocorreu uma quebra em uma única célula, que se dividiu mitoticamente até produzir o grande setor de tecido mutante (c sh wx). A quebra pode ocorrer muitas vezes em um único grão, mas cada setor de tecido demonstrará a perda de expressão de todos os três genes. Contrariamente, cada novo derivado afetava a expressão de apenas um único gene. Um derivado que afetava a expressão apenas do gene C de
pigmento está demonstrado na Figura 15.3 B. Nesse exemplo, manchas pigmentadas apareceram em um fundo de grão incolor. Embora a expressão de C tenha sido alterada desse modo estranho, a expressão de Sh e Wx era normal e o cromossomo 9 deixou de apresentar quebras frequentes.
Para explicar os novos derivados, McClintock formulou a hipótese de
que Ds havia se movido de um sítio perto do centrômero para o gene C localizado próximo da extremidade telomérica. Nessa nova localização, Ds evita a expressão de C. A inativação do gene C explica as partes incolores do grão, mas o que explica o aparecimento das manchas pigmentadas? O grão manchado é um exemplo de um fenótipo instável. McClintock concluiu que tais fenótipos instáveis resultavam da movimentação, ou transposição, de Ds para longe do gene C. Ou seja, o grão inicia o desenvolvimento com um gene C que sofreu mutação pela inserção de Ds. Entretanto, em algumas células do grão, Ds deixa o gene C, possibilitando que o fenótipo mutante seja revertido para o tipo selvagem e produza o pigmento na célula original e em todos os seus descendentes mitóticos. Existem grandes manchas coloridas quando Ds deixa o gene C inicialmente no desenvolvimento do grão (tendo em vista que existem mais descendentes mitóticos), enquanto existem manchas pequenas quando Ds deixa o gene C posteriormente no desenvolvimento do grão. Fenótipos mutantes instáveis que revertem ao tipo selvagem são uma indicação da participação de elementos móveis.
FIGURA 15.2 O cromossomo 9 de milho quebra no locus DS, em que o elemento de transposição Ds foi inserido.