Recombinação

Portanto, observamos uma proporção da progênie que revela elementos claros de ambas as heranças, autossômica e ligada ao X.

Recombinação

A distribuição independente dos genes na meiose é um dos principais modos por meio dos quais um organismo produz novas combinações de alelos. A produção de novas combinações de alelos é formalmente denominada recombinação.

Existe uma concordância geral de que a vantagem evolutiva da produção de novas combinações de

alelos é que ela produz variação como a matéria-prima para a seleção natural. A recombinação é um princípio crucial em genética, em parte em virtude da sua relevância para a evolução, mas também em virtude de sua utilização na análise genética. Ela é particularmente útil para a análise dos padrões de herança de genótipos multigênicos. Nesta seção, definiremos a recombinação de tal modo que possamos reconhecê-la em resultados experimentais, e mostramos o modo como a recombinação é analisada e interpretada.

ORGANISMO-MODELO Neurospora

Neurospora crassa foi um dos primeiros microrganismos eucarióticos a ser adotado pelos geneticistas como um organismo-modelo. É um

fungo haploide (n = 7), que pode ser observado crescendo na vegetação morta em muitas partes do mundo. Quando um esporo

assexuado (haploide) germina, ele produz uma estrutura tubular que se estende rapidamente por meio do crescimento das

extremidades e que origina diversos ramos laterais. O resultado é uma massa de lamentos rami cados (denominados hifas), que

constituem uma colônia. As hifas não apresentam paredes cruzadas, de modo que uma colônia é essencialmente uma célula que contém

muitos núcleos haploides. De uma colônia brotam milhões de esporos assexuados, que conseguem se dispersar e repetir o ciclo

assexuado.

As colônias assexuadas são mantidas facilmente e de modo não dispendioso em laboratório ou em meio de nido de sais inorgânicos

mais uma fonte de energia, como açúcar. (Um gel inerte, tal como ágar, é adicionado para proporcionar uma superfície rme.) O fato de

que Neurospora consegue sintetizar quimicamente todas as suas moléculas essenciais a partir de um referido meio simples levou os

geneticistas bioquímicos (com início com George Beadle e Edward Tatum; ver Capítulo 6) a escolhê-lo para os estudos das vias sintéticas.

Os geneticistas elaboraram as etapas nessas vias por meio da introdução de mutações e da observação de seus efeitos. O estado haploide

de Neurospora é ideal para a referida análise mutacional, tendo em vista que os alelos mutantes são sempre expressos diretamente no

fenótipo.

Neurospora apresenta dois tipos reprodutivos, MAT-A e MAT-a, que podem ser considerados como “sexos” simples. Quando colônias

de tipos reprodutivos diferentes entram em contato, suas paredes celulares e seus núcleos se fundem, resultando em muitos núcleos

diploides temporários, cada um dos quais sofre meiose. Os quatro produtos haploides de uma meiose permanecem juntos em um saco

denominado asco. Cada um desses produtos da meiose é submetido a uma divisão mitótica adicional, resultando em oito ascósporos

dentro de cada asco. Os ascósporos germinam e produzem colônias exatamente iguais àquelas produzidas pelos esporos assexuados.

Portanto, os referidos fungos ascomicetos são ideais para o estudo da segregação e da recombinação dos genes em meioses individuais.

O fungo Neurospora crassa. A. Colônias laranja de Neurospora crescendo na cana-de-açúcar. Na natureza, as colônias de Neurospora

são observadas com mais frequência após incêndios, que ativam os ascósporos dormentes. (Campos de cana-de-açúcar são queimados

para remover a folhagem antes da colheita dos caules da cana.) B. Óctades de Neurospora em desenvolvimento a partir de um

cruzamento do tipo selvagem com uma linhagem que carreia um alelo modi cado da proteína uorescente verde de água-viva fundido

à histona. As óctades demonstram a segregação mendeliana esperada de 4:4 da uorescência. Em alguns esporos, o núcleo foi dividido

mitoticamente para formar dois; nalmente, cada esporo conterá diversos núcleos. (A. David J. Jacobson, Ph.D.; B. Namboori B. Raju,

Stanford University.)

A recombinação é observada em uma diversidade de situações biológicas, mas por enquanto a

definimos em relação à meiose.

Recombinação meiótica é qualquer processo meiótico que gera um produto haploide com novas

combinações dos alelos carreados pelos genótipos haploides que se uniram para formar o meiócito.

A definição aparentemente prolixa é realmente bastante simples; ela demonstra o importante ponto de

que detectamos a recombinação por meio da comparação das entradas na meiose com as saídas (Figura

3.11). As entradas são os dois genótipos haploides que se combinam para formar o meiócito, a célula diploide que sofre meiose. Em relação aos seres humanos, as entradas são o ovócito e o espermatozoide parentais. Eles se unem para formar um zigoto diploide, que se divide para produzir todas as células corporais, incluindo os meiócitos que são armazenados dentro das gônadas. Os genótipos de saída são os produtos haploides da meiose. Em seres humanos, esses produtos haploides são os ovócitos ou os espermatozoides da própria pessoa. Qualquer produto meiótico que apresente uma nova combinação dos alelos fornecidos por meio dos dois genótipos da entrada por definição é um recombinante.

FIGURA 3.11 Os recombinantes (azuis) são aqueles produtos da meiose com combinações alélicas diferentes daquelas das células haploides que formaram o diploide meiótico (amarelas). Observe que os genes A/a e B/b estão demonstrados em separado por um ponto, tendo em vista que podem estar no mesmo cromossomo ou em cromossomos diferentes.

CONCEITO-CHAVE A meiose gera recombinantes, que são produtos meióticos haploides com novas combinações dos alelos carreados

pelos genótipos haploides que se uniram para formar o meiócito.

Primeiramente, vejamos como os recombinantes são detectados experimentalmente. A detecção dos

recombinantes em organismos com ciclos de vida haploides, tais como fungos ou algas, é direta. Os tipos de entrada e saída em ciclos de vida haploides são os genótipos dos indivíduos, em vez dos gametas e,

portanto, podem ser inferidos diretamente a partir dos fenótipos. A Figura 3.11 pode ser considerada como um resumo da simples detecção de recombinantes em organismos com ciclos de vida haploides. A detecção de recombinantes em organismos com ciclos de vida diploides é mais complicada. Os tipos de entrada e saída em ciclos diploides são os gametas. Portanto, precisamos conhecer os genótipos de ambos os gametas de entrada e saída para detectar os recombinantes com um ciclo diploide. Embora não possamos detectar os genótipos dos gametas de entrada ou saída diretamente, podemos inferir esses genótipos por meio da utilização das técnicas adequadas:

• Para conhecer os gametas de entrada, utilizamos genitores diploides puros, tendo em vista que eles

podem produzir apenas um tipo gamético

• Para detectar os gametas de saída recombinantes, realizamos o cruzamento-teste do indivíduo diploide

e observamos a sua progênie (Figura 3.12).

Uma descendência de um cruzamento-teste que surge de um produto recombinante da meiose também é denominada recombinante. Observe, novamente, que o cruzamento-teste possibilita que nos concentremos

em uma meiose e evita a ambiguidade. A partir da autofecundação da F1 na Figura 3.12, por exemplo, uma descendência recombinante A/A · B/b não poderia ser diferenciada de A/A · B/B sem cruzamentos adicionais.

Uma parte central da análise da recombinação é a frequência de recombinantes. Um motivo para

enfocar na frequência de recombinantes é que seu valor numérico é um teste conveniente para saber se dois genes estão em cromossomos diferentes. Os recombinantes são produzidos por meio de dois processos celulares diferentes: a distribuição independente dos genes em cromossomos diferentes (neste

capítulo) e o crossing over entre genes no mesmo cromossomo (ver Capítulo 4). A proporção de recombinantes é uma ideia-chave aqui, tendo em vista que o valor diagnóstico pode nos informar se os genes estão em cromossomos diferentes. Aqui, lidaremos com a distribuição independente.

FIGURA 3.12 Os produtos recombinantes de uma meiose diploide são na maior parte prontamente detectados em um

cruzamento de um heterozigoto e um testador recessivo. Observe que a Figura 3.11 é repetida como parte deste diagrama.

Em relação aos genes em cromossomos separados, os recombinantes são produzidos por meio da

distribuição independente, conforme demonstrado na Figura 3.13. Novamente, observamos a proporção de 1:1:1:1 que observamos anteriormente, mas agora a progênie do cruzamento-teste é classificada como recombinante ou semelhante aos tipos de entrada P (parental). Estabelecida desse modo, a proporção de recombinantes é claramente + = , ou 50% da progênie total. Portanto, observamos que a distribuição independente na meiose produz uma frequência de recombinantes de 50%. Se observarmos uma frequência de recombinantes de 50% em um cruzamento-teste, podemos inferir que os dois genes em estudo se distribuem independentemente. A interpretação mais simples e mais provável da distribuição independente é que os dois genes estão em pares de cromossomos separados. (Entretanto, devemos observar que genes que estão muito distantes no mesmo par de cromossomos podem virtualmente ser