Introdução à Genética
3.4 Herança poligênica
distribuídos independentemente e produzir o mesmo resultado; ver Capítulo 4.)
CONCEITO-CHAVE Uma frequência de recombinantes de 50% indica que os genes são distribuídos independentemente e que mais
provavelmente estão em cromossomos diferentes.
3.4 Herança poligênica
Até agora, a nossa análise neste livro enfocou diferenças monogênicas, com a utilização de fenótipos nitidamente contrastantes, tais como pétalas vermelhas versus brancas, sementes lisas versus rugosas, e Drosophila com asas longas versus vestigiais. Entretanto, uma grande parte da variação observada na natureza é contínua, na qual um fenótipo pode assumir qualquer valor mensurável entre dois extremos. Estatura, peso e intensidade da cor são exemplos dos referidos fenótipos métricos, ou quantitativos. Em geral, quando o valor métrico é plotado contra a frequência em uma população natural, a curva de
distribuição apresenta um formato semelhante a um sino (Figura 3.14). O formato de sino ocorre em virtude de os valores médios na parte intermediária serem os mais comuns, enquanto os valores extremos são raros. Primeiramente, é difícil observar como as distribuições contínuas podem ser influenciadas por genes herdados de modo mendeliano. Afinal, toda análise mendeliana é facilitada por meio da utilização de categorias claramente distinguíveis. Entretanto, veremos nesta seção que a distribuição independente de diversos a muitos genes heterozigotos que afetam um traço contínuo pode produzir uma curva em sino.
FIGURA 3.13 Este diagrama demonstra dois pares de cromossomos de um organismo diploide com A e a em um par e B e b no outro. A segregação independente produz uma frequência de recombinantes de 50%. Observe que poderíamos representar a situação haploide por meio da remoção das gerações parentais (P) e do testador.
É claro que muitos casos de variação contínua apresentam uma base puramente ambiental, pouco
afetada pela genética. Por exemplo, uma população de plantas geneticamente homozigotas cultivadas em uma área de terreno com frequência demonstra uma curva sinusoidal em relação à altura, com as plantas menores ao redor das extremidades do gráfico e as plantas maiores na parte intermediária. Essa variação pode ser explicada apenas por fatores ambientais, tais como umidade e quantidade de fertilizante aplicada. Entretanto, muitos casos de variação contínua apresentam uma base genética. A cor da pele humana é um exemplo: todos os graus de cor escura da pele podem ser observados em populações de diferentes partes do mundo, e essa variação claramente apresenta um componente genético. Nos referidos casos, diversos a muitos alelos interagem com um efeito mais ou menos aditivo. Os genes que interagem subjacentes à variação contínua hereditária são denominados poligenes ou loci de traço quantitativo (QTL). (O termo locus de traço quantitativo requer uma definição: quantitativo é mais ou menos sinônimo de contínuo; traço é mais ou menos sinônimo de característica ou propriedade; locus, que literalmente significa local em um cromossomo, é mais ou menos sinônimo de gene.) Os poligenes, ou QTL em relação ao mesmo traço, estão distribuídos por todo o genoma; em muitos casos, estão em cromossomos diferentes e demonstram distribuição independente.
FIGURA 3.14 Em uma população, um caractere métrico, tal como a intensidade da cor, pode assumir muitos valores. Portanto, a distribuição ocorre na forma de uma curva uniforme, com os valores mais comuns representando o ponto alto da curva. Se a curva for simétrica, ela tem o formato de um sino, conforme demonstrado.
Vejamos como a herança de diferentes poligenes heterozigotos (até mesmo dois) pode gerar uma curva
de distribuição sinusoidal. Podemos considerar um modelo simples que foi utilizado originalmente para explicar a variação contínua no grau de vermelhidão em sementes de trigo. O trabalho foi realizado por Hermann Nilsson-Ehle no início do século 20. Presumiremos dois pares de genes que se distribuem independentemente, R1/r1 e R2/r2. Ambos, R1 e R2, contribuem para a vermelhidão da semente do trigo. Cada “dose” de um alelo R em cada gene é aditiva, o que significa que ela aumenta o grau de vermelhidão de modo proporcional. Um cruzamento ilustrativo é a autofecundação de um di-híbrido R1/r1; R2/r2. Ambos os gametas masculino e feminino demonstrarão proporções genotípicas como segue:
R1; R2 2 doses de vermelho
R1; r2 1 dose de vermelho
r 1; R2 1 dose de vermelho
r 1; r2 0 dose de vermelho
Em geral, nessa população de gametas, um quarto apresenta duas doses, metade apresenta uma dose, e um quarto apresenta zero dose. A união de ambos os gametas masculino e feminino que demonstra esse
arranjo de doses de R está ilustrada na Figura 3.15. A quantidade de doses na progênie varia de quatro (R1/R1; R2/R2) a zero (r1/r1; r2/r2), com todos os valores entre elas.
As proporções na grade da Figura 3.15 podem ser desenhadas como um histograma, conforme
demonstrado na Figura 3.16. O formato do histograma pode ser considerado como um arcabouço, que pode ser o fundamento de base para a curva de distribuição sinusoidal. Quando essa análise da vermelhidão nas sementes de trigo foi originalmente realizada, foi observada uma variação dentro das classes que alegadamente representavam um nível de “dose” de poligene. Presumivelmente, essa variação dentro de uma classe é o resultado de diferenças ambientais. Portanto, pode-se considerar que o ambiente contribui de um modo que arredonda as extremidades afiladas do histograma de barras, resultando em uma curva suave com formato de sino (a linha vermelha no histograma). Se o número de poligenes for aumentado, o histograma aproxima-se mais de uma suave distribuição contínua. Por exemplo, em relação
a uma característica determinada por três poligenes, o histograma é conforme demonstrado na Figura 3.17.
Em nossa ilustração, utilizamos um autocruzamento di-híbrido para demonstrar como o histograma é
produzido. Mas como o nosso exemplo é relevante para o que está ocorrendo em populações naturais? Afinal, nem todos os cruzamentos podem ser desse tipo. Não obstante, se os alelos em cada par de genes forem aproximadamente iguais em frequência na população (p. ex., R1 é quase tão comum quanto r1), então pode ser dito que o cruzamento di-híbrido representa um cruzamento médio em relação a uma população na qual dois poligenes estão segregando.
FIGURA 3.15 A progênie de um autocruzamento di-híbrido em relação a dois poligenes pode ser expressa como quantidades de “doses” alélicas aditivas.
FIGURA 3.16 A progênie demonstrada na Figura 3.15 pode ser representada como um histograma de frequência de alelos poligênicos contribuintes (“doses”).
FIGURA 3.17 A progênie de um tri-híbrido poligênico pode ser representada por um gráfico de histograma de frequência de alelos poligênicos contribuintes (“doses”).
A identificação de poligenes e a compreensão sobre como eles atuam e interagem são desafios
importantes para os geneticistas no século 21. A identificação de poligenes será especialmente importante na medicina. Acredita-se que muitas doenças humanas comuns, tais como a aterosclerose e a hipertensão, apresentem um componente poligênico. Nesse caso, uma total compreensão sobre essas condições, que afetam grandes proporções de populações humanas, requer uma compreensão sobre esses poligenes, sua herança e função. Atualmente, diversas abordagens moleculares podem ser aplicadas à tarefa de encontrar poligenes. Consideraremos algumas nos capítulos subsequentes. Observe que os poligenes não são considerados uma classe funcional especial de genes. Eles são identificados como um grupo apenas no sentido em que apresentam alelos que contribuem para a variação contínua.