Introdução à Genética
4.1 Diagnóstico de ligação
©MAPS.com/Corbis; B. Transport for London.)
O arranjo dos genes nos cromossomos é representado diagramaticamente como um mapa cromossômico unidimensional, que demonstra as posições dos genes, conhecidas como loci (no singular, locus), e as distâncias entre os loci com base em algum tipo de escala. Dois tipos básicos de mapas cromossômicos são utilizados atualmente em genética; eles são montados por meio de procedimentos consideravelmente diferentes, ainda que sejam utilizados de modo complementar. Os mapas baseados na recombinação, que são o tópico deste capítulo, mapeiam os loci dos genes que foram identificados por meio de fenótipos mutantes que
demonstram herança monogênica. Os mapas físicos (ver Capítulo 14) demonstram os genes como segmentos arranjados ao longo da molécula de DNA que constitui um cromossomo. Esses mapas demonstram visões diferentes do genoma, mas, assim como os mapas de Londres, podem ser utilizados em conjunto para se descobrir a função de um gene no nível molecular e como essa função influencia o fenótipo.
CONCEITO-CHAVE Os mapas genéticos são úteis para a construção de linhagens, para a interpretação de
mecanismos evolutivos e para a descoberta da função desconhecida de um gene, essa última facilitada
pela integração das informações baseadas em recombinação com aquelas obtidas de mapas físicos.
4.1 Diagnóstico de ligação
Os mapas de recombinação dos cromossomos normalmente são montados com dois ou três genes por vez, com a utilização de um método denominado análise de ligação. Quando os geneticistas dizem que dois genes estão ligados, eles querem dizer que os loci daqueles genes estão no mesmo cromossomo e, portanto, os alelos em qualquer um dos homólogos estão fisicamente unidos (ligados) pelo DNA entre eles. O modo como os primeiros geneticistas deduziram a ligação é um meio útil para apresentar a maior parte das ideias-chave e dos procedimentos-chave na análise.
Utilização da frequência de recombinantes para reconhecer ligação No início do século 20, William Bateson e R. C. Punnett (em homenagem ao qual o quadrado de Punnett foi denominado) estavam estudando a herança de dois genes em ervilhas-de-cheiro. Em uma autofecundação-padrão de uma F1 di-híbrida, a F2 não demonstrou a proporção de 9:3:3:1 prevista pelo princípio da distribuição independente. De fato, Bateson e Punnett observaram que determinadas combinações de alelos apareceram com mais frequência do que o esperado, quase como se estivessem fisicamente unidas de algum modo. Entretanto, eles não tinham uma explicação para essa descoberta.
Mais tarde, Thomas Hunt Morgan observou um desvio semelhante da segunda lei
de Mendel enquanto estudava dois genes autossômicos em Drosophila. Morgan propôs a ligação como uma hipótese para explicar o fenômeno da aparente associação de alelos.
Vejamos alguns dos dados de Morgan. Um dos genes afetava a cor dos olhos (pr,
roxo, e pr+, vermelho) e o outro gene afetava o comprimento das asas (vg, vestigial, e vg+, normal). (As asas vestigiais são muito pequenas em comparação ao tipo selvagem.) Os alelos do tipo selvagem de ambos os genes são dominantes. Morgan realizou um cruzamento para obter di-híbridos e em seguida prosseguiu com um cruzamento-teste:
Cruzamento-teste:
Fêmea di-híbrida da F1 Macho testador
A utilização do cruzamento-teste por Morgan é importante. Tendo em vista que o genitor testador contribui com gametas que carreiam apenas alelos recessivos, os fenótipos da descendência revelam diretamente os alelos trazidos pelos gametas do
genitor di-híbrido, conforme descrito nos Capítulos 2 e 3. Portanto, o analista pode se concentrar na meiose em um genitor (o di-híbrido) e essencialmente esquecer a meiose no outro (o testador). Contrariamente, a partir de uma F 1 autofecundada, existem dois conjuntos de meioses a serem considerados na análise da progênie: um no genitor e o outro na genitora.
Os resultados do cruzamento-teste de Morgan foram como segue (listados como
classes gaméticas do di-híbrido):
pr+ · vg+ 1.339
pr · vg 1.195
pr+ · vg 151
pr · vg+ 154
2.839
Obviamente, esses números desviam-se drasticamente da previsão mendeliana de uma proporção de 1:1:1:1 esperada a partir da distribuição independente (aproximadamente 710 em cada uma das quatro classes). Nos resultados de Morgan, observamos que as primeiras duas combinações de alelos estão, em sua maioria, indicando claramente que eles estão associados, ou “ligados”.
Outro modo útil de avaliar os resultados do cruzamento-teste é por meio da
consideração da porcentagem de recombinantes na progênie. Por definição, os recombinantes no presente cruzamento são de dois tipos, pr+ · vg e pr · vg+, tendo em vista que eles claramente não são os dois genótipos fornecidos para o di-híbrido da F pelas moscas parentais homozigotas originais (mais precisamente, por seus 1
gametas). Observamos que os dois tipos recombinantes são aproximadamente iguais em frequência (151 ~ 154). Seu total é 305, que é uma frequência de (305/2.839) × 100 ou 10,7%. Podemos compreender esses dados, como Morgan compreendeu, ao postular que os genes estavam ligados no mesmo cromossomo e, assim, as combinações alélicas parentais são mantidas juntas na maior parte da progênie. No di-híbrido, a conformação alélica é necessariamente como segue:
A tendência de alelos ligados serem herdados juntos está ilustrada na Figura 4.2.
Agora observemos outro cruzamento que Morgan realizou com a utilização dos
mesmos alelos, mas em uma combinação diferente. Nesse cruzamento, cada genitor é homozigoto em relação ao alelo do tipo selvagem de um gene e ao alelo mutante do outro. Novamente, as fêmeas da F 1 foram submetidas ao cruzamento-teste:
Cruzamento-teste:
FIGURA 4.2 Herança simples de dois genes localizados no mesmo par de cromossomos. Os mesmos genes estão presentes juntos em um cromossomo em ambos os genitores e na progênie.
A progênie a seguir foi obtida a partir do cruzamento-teste:
pr+ · vg+ 157
pr · vg 146
pr+ · vg 965
pr · vg+ 1.067
2.335
Novamente, esses resultados não estão nem sequer próximos de uma proporção mendeliana de 1:1:1:1. Entretanto, agora as classes recombinantes são o contrário daquelas na primeira análise, pr+ vg+ e pr vg. Entretanto, observe que a sua frequência é aproximadamente a mesma: (157 + 146)/2.335 × 100 = 12,9%. Novamente, é sugerida a ligação, mas, nesse caso, o di-híbrido da F1 é necessariamente como segue:
Resultados de cruzamentos-teste de di-híbridos como aqueles há pouco apresentados são comumente encontrados em genética. Eles seguem o padrão geral:
Duas classes de não recombinantes igualmente frequentes que totalizam mais
de 50%
Duas classes de recombinantes igualmente frequentes que totalizam menos de
50%
CONCEITO-CHAVE Quando dois genes estão próximos no mesmo par cromossômico (ou seja, estão
ligados), eles não se distribuem independentemente, mas produzem uma frequência de recombinantes
inferior a 50%. Portanto, uma frequência de recombinantes inferior a 50% é diagnóstica de ligação.