Mapas Genéticos - Linkage

Linkage (ligação ou vinculação)

Nenhuma explicação satisfatória sobre repulsão e acoplamento foi dada, até que Morgan, em 1910, encontrou situações semelhantes em Drosophila e verificou que o acoplamento e a repulsão são dois aspectos do mesmo fenômeno, chamado linkage ou vinculação. Morgan supôs que a tendência de os genes vinculados conservarem suas combinações originais era devida a se encontrarem ligados no mesmo cromossomo.

Além disso, emitiu a ideia básica de que o grau ou força de ligação depende da distância que separa os genes vinculados no cromossomo. A partir disso evoluiu a teoria da disposição linear dos genes nos cromossomos e depois partiu-se para a elaboração dos mapas genéticos ou dos genes ligados aos cromossomos.

Ligação no milho

O fenômeno do linkage é particularmente claro no milho, no qual a recombinação ou permutação entre os genes ligados ocorre em ambos os sexos e onde os caracteres observáveis nas sementes contam-se em grande número, já que cada espiga forma numerosas sementes.

Constituem um ótimo exemplo os resultados obtidos por Hutchinson, que cruzou uma variedade de milho com sementes coloridas e normalmente cheias (lisas) com outra variedade incolor e de sementes contraídas (menos endosperma).

Em outros experimentos havia sido demonstrado que o gene C para cor, era dominante sobre c, falta de cor, enquanto o gene S, endosperma normal (liso) ou cheio, é dominante sobre contraído, s. De acordo com isso, os parentais CC SS (sementes coloridas e cheias) e cc ss (sementes incolores e contraídas), e a geração F1, como era esperado, apresentavam as sementes coloridas e cheias e o genótipo CS / cs:

Para representar os genes que se encontram em linkage, as combinações gênicas (pares de alelos) são escritas como acontecem no zigoto (Cc Ss), porém as de um parental sobre uma linha horizontal (CS ) e as do outro parental (cs), debaixo dela:

, ou, CS/ cs

Se C e S fossem transmitidos independentemente, de acordo com a 2a lei de Mendel, estas plantas F1 (Cc Ss) deveriam produzir quatro tipos de gametas CS, Cs, cS e cs em igual proporção (¼ ou 25% de cada).

A maneira mais simples de comprovar essa proporção gamética é fazer um cruzamento-teste do resultado F1 com o duplo recessivo cc ss, o qual, por esta previsão indicada, produziria 4 classes de descendentes na proporção 1 : 1 : 1 : 1, ou seja, ¼ ou 25% de cada.

Ao se fazer esse cruzamento-teste, no entanto, não foi cumprida esta previsão, e sim foram obtidos os seguintes resultados:

Tabela 1

classes fenotípicas

genótipos

no de sementes

proporção (%)

coloridas e lisas

CS / cs

4.032

4032 / 8368=48,18%

coloridas e contraídas

Cs / cs

149

149 / 8368= 1,78%

incolores e lisas

cS / cs

152

152 / 8368= 1,81%

incolores e contraídas

cs / cs

4.035

4035 / 8368=48,21%

Total

 

8.368

 

As sementes coloridas e lisas e as sementes incolores e contraídas apresentam-se em proporção maior que as sementes incolores e contraídas e incolores e lisas (conforme a tabela anterior). Lembremos que os parentais tinham as sementes coloridas e lisas (Cc Ss) e incolores e contraídas (cc ss). Portanto, estas combinações de caracteres são as parentais, enquanto que nas recombinações as associações de caracteres se apresentaram permutadas (coloridas e contraídas ; incolores e lisas).

Se a transmissão fosse de caracteres independentes, as combinações parentais CS e cs com as recombinações Cs e cS, apareceriam com a mesma frequência (25% de cada). Contudo, no experimento indicado, a situação foi a seguinte:

Combinações parentais:

Recombinantes

Fica evidente que nos parentais, os pares de genes C-c e S-s não foram transmitidos independentemente. As combinações parentais excederam em muito os 50% previstos, permanecendo ligadas ou vinculadas em 96,4% e recombinadas (permutadas) em somente 3,6% dos gametas.

Ao preparar outro experimento com os mesmos genes, porém com combinações iniciais diferentes, isto é, ao cruzar parentais de sementes incolores e lisas com outros de sementes coloridas e contraídas, foi visto que novamente as combinações parentais se encontravam em maior proporção (acima de 50%), embora fossem opostas às obtidas no primeiro experimento. 

Os resultados do segundo experimento foram os seguintes:

Tabela 2

classes fenotípicas

genótipos

no de sementes

proporção (%)

coloridas e lisas

CS / cc

639

639 / 44595=1,43%

coloridas e contraídas

Cs / cs

21.379

21379 / 44595=47,94%

incolores e lisas

cS / cs

21.906

21906 / 44595=49,12%

incolores e contraídas

cs / cs

672

672 / 44595= 1,51%

Total

 

8.368

 

Neste caso, as combinações parentais foram 21.379 + 21.906 = 43.285 / 44.595 , ou seja, 97,06% do total, enquanto que as recombinações foram 638 + 672 = 1.310 / 44.595 , ou seja, 2,94% do total. As proporções entre as combinações parentais e as recombinações foram só ligeiramente inferiores às encontradas no primeiro experimento.

Recombinação ou permutação

Em 1909, o citologista F. A. Janssens (1863-1924) descreveu o fenômeno cromossômico conhecido como permutação ou crossing over, que ocorre durante a prófase I da meiose e consiste na troca de fragmentos entre cromossomos homólogos. Em 1911, Morgan usou as observações de Janssens para explicar a ligação incompleta entre os genes.

Pela teoria de T.H. Morgan, o linkage se deve ao fato de os genes ligados se encontrarem no mesmo cromossomo. Contudo, se os cromossomos permanecessem intatos na herança, os genes situados no mesmo cromossomo deveriam permanecer sempre juntos; em outras palavras, a ligação deveria ser completa. Isso não é realmente o que ocorre, visto que os genes ligados algumas vezes se separam.

Assim, os genes para a cor das sementes, C, e para o endosperma ser liso ou contraído, S, no milho, permanecem ligados nas combinações parentais aproximadamente em 97% dos gametas, enquanto se separam aproximadamente em 3%, conforme visto na tabela 2. Morgan atribuiu a recombinação dos genes ligados à troca de partes entre os cromossomos homólogos (crossing over), à qual chamou de recombinação.

Portanto, o comportamento dos cromossomos pode ser representado segundo os esquemas da figura 1. A recombinação se verifica no segmento do cromossomo situado entre as localizações (loci) dos genes C e S, em algumas células e não em outras, de maneira que aproximadamente 97% dos gametas contêm as combinações gênicas parentais (Cs e cS) enquanto nos outros 3% estão as recombinações (CS e cs), conforme a tabela 2.

Recombinação e comportamento dos cromossomos na meiose

O esquema da figura 1 mostra que a permutação, que tem como consequência a recombinação dos genes ligados, se deve à troca de pedaços entre cromossomos homólogos. As observações microscópicas do comportamento dos cromossomos na meiose mostraram um processo que constitui o mecanismo físico necessário para compreender o comportamento dos genes ligados nos experimentos dos cruzamentos.

Conforme já foi mostrado em divisão celular, os cromossomos homólogos (paterno e materno) se aproximam e pareiam durante a prófase I da meiose (zigoteno). O pareamento é notavelmente preciso e se deve à atração mútua dos cromossomos homólogos, ocorrendo entrelaçamento das cromátides homólogas que contêm os genes alelos. Nesse período do paquiteno, as cromátides realizam uma ou mais trocas de fragmentos cromossômicos.

Ao microscópio fica visível uma figura em forma de X, chamada de quiasma. Em cada quiasma, duas das quatro cromátides se rompem e em seguida ligam-se permutadas, de maneira que as novas cromátides estarão compostas por genes que se apresentam numa sequência diferente da original.

Devido à formação dos quiasmas, os cromossomos paternos e maternos não se transmitem como unidades indivisíveis, já que permutam pedaços (crossing over). Os novos cromossomos que se originam como resultado da meiose levam os genes que antes estavam situados em diferentes membros do par de cromossomos homólogos.

O processo da formação de quiasmas foi interpretado corretamente pela primeira vez pelo citologista belga Janssens, em 1909. A partir daí foi estudado por muitos outros citologistas e citogeneticistas, entre os quais especialmente Darlington (1937). Apesar das numerosas e engenhosas especulações, ainda se desconheciam as causas da ruptura das cromátides e se sua religação que conduz à formação dos quiasmas. Este é um processo extraordinariamente preciso, já que nos quiasmas as duas cromátides permutam segmentos exatamente equivalentes, de maneira que, com exceções muito raras, nenhuma cromátide ganha ou perde genes.

Ausência de crossing over nos machos de Drosophila

Na maior parte dos organismos utilizados como materiais clássicos para os estudos genéticos, tais como o milho, a galinha, o homem e outros, a recombinação de genes ligados ocorre tanto nos machos como nas fêmeas. Semelhantemente, na maior parte dos organismos favoráveis para os estudos citológicos, se observa a formação de quiasmas tanto na meiose das fêmeas como na dos machos.

Contudo, nos estudos mais completos e numerosos sobre o linkage e permutação, realizados em espécies de Drosophila, observa-se que a situação é muito diferente nos dois sexos. Em Drosophila, o macho raramente ou nunca realiza recombinação.

Do cruzamento entre uma mosca de corpo cinzento e asas vestigiais com outra de corpo negro e asas normais, a geração F1 irá mostrar 100% de moscas cinzentas com asas longas (normais). Então, o gene para cor cinzenta do corpo, P, é dominante sobre seu alelo, que determina cor negra, p; o gene para asas longas, V, é dominante sobre seu alelo vestigial, v.

Se os machos híbridos (corpo cinzento e asas normais) da geração F1 forem cruzados com fêmeas duplamente recessivas (corpo negro e asas vestigiais) só serão formadas duas classes de descendentes: cinzentas com asas vestigiais e negras com asas longas.

Os tipos recombinantes "esperados" - cinzentas com asas longas e negras com asas vestigiais - não apareciam. Os genes se apresentavam com ligação completa.

Se, contudo, uma fêmea F1 (corpo cinzento e asas normais) fosse cruzada com um macho negro de asas vestigiais, os quatro tipos esperados (F2) serão produzidos nas seguintes proporções (dados de Morgan, 1919):

Tabela 3

classes fenotípicas

sem recombinação

com recombinação

proporção (%)

cinzentas, asas vestigiais

41,5 %

-----------

83%

negras, asas normais

41,5%

-----------

negras, asas vestigiais

-------------

8,5%

17%

cinzentas, asas normais

-------------

8,5%

Aproximadamente 17% dos gametas apresentam recombinação. Os genes se apresentam com ligação incompleta. O experimento demonstra que os genes para cor negra e asa vestigial estão separados por uma distância apreciável e que a ausência de recombinação entre os gametas do macho não se deve a que os genes estejam muito próximos no mesmo cromossomo. Portanto, deve obedecer a condições peculiares do macho, tais como a falta de quiasmas na espermatogênese.

Grupos de linkage e cromossomos

Se um certo gene, A, apresenta linkage com outros dois genes B e C, estes dois últimos também estarão vinculados. Em animais e vegetais podem ser preparados cruzamentos para averiguar se os genes são herdados independentemente ou se há linkage entre pares ou grupos de genes.

Estes experimentos são particularmente simples nas espécies de Drosophila, pois devido à ausência de recombinação nos machos híbridos se verifica imediatamente quais genes estão ligados e quais segregam independentemente. Desta forma, em cada espécie os genes conhecidos podem ser divididos em grupos de linkage. Os membros de cada par de homólogos apresentam os genes em linkage entre si. Nas espécies geneticamente bem estudadas, o número de grupos de ligação é igual ao número de pares de cromossomos, isto é, é igual ao número haploide de cromossomos que a espécie apresenta.

Em Drosophila melanogaster foram observadas muitas mutações desde 1909, desde que esta espécie foi utilizada pela primeira vez nos estudos de T.H. Morgan e seus colaboradores. Os estudos sobre a herança destes tipos mutantes demonstraram que pertencem a quatro grupos de linkage. Lembremos que nestas moscas 2n = 8 cromossomos e que portanto, n = 4 cromossomos.

Fatores que afetam a força do linkage

A frequência de recombinação (crossing over) entre genes e, por conseguinte, a frequência de formação de quiasmas entre seus loci, no cromossomo, pode ser influenciada por fatores ambientais e fisiológicos.

Assim, ao aumentar a idade das fêmeas de Drosophila melanogaster, diminui a frequência de recombinações na formação dos gametas. Além disso, este efeito não é igualmente pronunciado em todos os cromossomos e sim particularmente notável nas porções médias do segundo e do terceiro cromossomo, na vizinhança dos loci dos centrômeros. A temperatura, os raios X e a composição química do alimento são outros agentes que modificam a frequência das recombinações.

Nos machos de Drosophila a frequência de recombinação é tão baixa que em circunstâncias normais é desprezível, porém Whittinghill demonstrou que pode ser aumentada com os raios X.

Estimativa da distância entre genes

Com base na tabela 3, verificamos que a frequência ou taxa de recombinação entre dois genes, representa a soma das frequências em que ocorrem as classes recombinantes:

frequência de recombinação = soma das frequências das classes recombinantes

Nesse caso, as porcentagens em que se formaram os gametas recombinantes foram de 8,5% Pv e 8,5% pV (esta fêmea era cis PV / pv). Portanto, a taxa de recombinação entre os genes para cor do corpo e forma da asa em Drosophila é 17%.

  • Aulas relacionadas

Sumário

- Linkage (ligação ou vinculação)
i. Ligação no milho
- Recombinação ou permutação
i. Recombinação e comportamento dos cromossomos na meiose
ii. Ausência de crossing over nos machos de Drosophila
iii. Grupos de linkage e cromossomos
iv. Fatores que afetam a força do linkage
v. Estimativa da distância entre genes
- Mapas genéticos dos cromossomos

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