5. Ligação Gênica e Mapeamento Cromossômico

1. Ligação gênica
Na divisão celular, especificamente na meiose, se cada par de alelos estiver em um diferente par de cromossomos, por exemplo RrIi x rrii, teremos como resultado esperado a produção de quatro classes fenotípicas na prole em uma proporção de 1:1:1:1. Com esse arranjo não-ligado de alelos, qualquer um dos membros de um par podem combinar-se aleatoriamente com qualquer um dos membros do outro par, resultando na produção de quatro tipos de gametas, RI, Ri, rI, ri, em igual número pelo individuo duplo heterozigoto.
Com o avanço da genética, tornou-se claro que o número de genes por espécie excede o número de pares de cromossomos. Como exemplo, temos a Drosophila melonogaster, uma mosca de frutas que tem cerca de 5.000 genes. Como esta espécie tem apenas quatro pares de cromossomos, cada um dos cromossomos tem de transportar muitos genes, que é a expectativa para todos os organismos eucarióticos.
Todos os genes que são transportados em um par de autossomos constituem um grupo de ligação, e o esperado é que fossem herdados em conjunto, se não fosse o crossing-over (evento onde há troca de informação genética entres as cromátides homólogas). Assim seria esperado que a quantidade de grupos de ligação para qualquer organismo fosse igual ao número haplóide de cromossomos (essa expectativa terá que ser emendada quando se considerar os cromossomos sexuais).
É interessante que a ligação foi prevista muito antes de ser realmente demonstrada. Apenas três anos após a descoberta do trabalho pioneiro de Mendel, Sutton (1903) sugeriu que cada cromossomo tem mais que um alelo e que os alelos representados por um cromossomo qualquer devem ser herdados juntos. Porém, Sutton não foi capaz de sustentar experimentalmente sua hipótese e apenas poucos anos depois, Bateson e Punnett (1905-1908) chegaram a ter dados para realizar o experimento, mas ainda sem reconhecer que estavam tratando de pares de alelos localizados no mesmo cromossomo (genes em ligação).

1.2 Notação de Cruzamentos com Ligação
Analisando os cruzamentos com genes em ligação, deve-se saber os genótipos dos indivíduos cruzados e também a disposição dos genes no cromossomos. Considere um cruzamento entre um indivíduo homozigoto para alelos dominantes em dois loci ligados e outro indivíduo homozigoto para alelos recessivos nesse loci(AABB X aabb). Desta forma é necessário escrever os alelos específicos á medida da disposição em cada um dos cromossomos homólogos.
Nessa notação, cada linha representa um dos dois cromossomos homólogos. Herdando um cromossomo de cada genitor, a prole F1:

Fonte: Pierce (2011)

É importante lembrar que dois alelos em um locus são sempre situados em cromossomos homólogos diferentes, isso significa que devem estar em lados opostos da linha. Também é importante sempre ter a mesma ordem dos genes em ambos os lados da linha, pois os genes que estiverem sobrepostos serão alélicos (no mesmo locus).

2. Permuta gênica
A permutação ocorre na meiose I, esta fase se divide em Prófase I, Prometáfase I, Metáfase I, Anáfase I e Telófase I. A Prófase I se divide em Pré leptóteno, Leptóteno, Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno e Diacinese.
Durante o paquíteno, os cromossomos se condensam e o emparelhamento dos cromossomos homólogos se completa. Porém o mais importante deste período é a troca de informação genética entre as cromátides homólogas, fenômeno que leva o nome de permutação (recombinação gênica ou em inglês crossing-over), que tem uma importante significativa por ser fonte de variabilidade genética, como mostra a figura a seguir.

Figura 1. O crossing-over ocorre na meiose e é responsável pela recombinação. Fonte: Adaptado de Pierce (2011).

O paquíteno é um processo longo, levando dias de duração, diferente de outras fases da prófase I que levam apenas algumas horas para ocorrer completamente, como por exemplo, leptóteno e zigóteno.
No paquíteno o núcleo aparenta conter um número haplóide de cromossomos, porém cada uma das unidades visíveis é composta de dois cromossomos independentes e intimamente emparelhados. Isto faz com que cada um dos 23 pares de cromossomos receba o nome de bivalente. Como cada conjunto é composto por quatro cromátides, chama-se também de tétrade, como mostra a imagem a seguir.

Figura 2. Esquema demonstrando a tétrade, formação de quiasma e a separação dos cromossomos.Fonte: De Robertis (2010).

As duas cromátides irmãs de cada cromossomos são ligados pelo centrômero e por isso em um bivalente ou tétrade existem dois centrômeros, um por cromossomos. Como na mitose, cada centrômero contem dois cinetócoros, um por cada cromátide irmã. Porém, até na finalização da mitose I os cinetócoros irmãos se comportam como apenas uma unidade. Durante o bivalente, no CS (complexo sinaptonêmico), uma estrutura complexa, aparece uma sucessão de nódulos densos de cerca de 100nm de diâmetro, denominados nódulos de recombinação. Seu número e suas localizações coincidem com os sítios de recombinação gênica, o que indica que ao nível deles acontece o intercâmbio de segmentos de DNA entre as cromátides homólogas.
Para que a permuta ocorra, as moléculas de DNA das cromátides homólogas devem estar situadas a uma distância de aproximadamente 1 nm no componente central do CS. Acredita-se que esse contato ocorra a nível dos filamentos transversais que unem os componentes laterais, pelos quais as sequências de nucleotídeos homólogos se buscariam, fatos imprescindível para que aconteça a troca de segmentos de DNA. O nódulo de recombinação poderia ser considerado a expressão morfológica dessa troca. Além disso, o nódulo seria um complexo multiprotéico que reúne as cromátides paternas e maternas e produz os cortes e as emendas necessários para a recombinação.
Entre as proteínas que participam da recombinação, se destaca a Rad51 (de radiation sensitive), cujo o papel é essencial para que ocorra a formação de uma tripla hélice transitória no começo da recombinação gênica, como ilustrado a seguir.

Figura 3. Formação de uma tripla hélice transitória no começo da recombinação genética.Fonte: De Robertis (2010).

2.1 Permuta gênica com genes ligados
No caso de genes proximamente ligados, não ocorre crossing over em todas as meioses, portanto, nas meioses que não há crossing, resultam em gametas não recombinantes.A ligação e o crossing over podem ser vistos como um processo que tem efeitos opostos; a ligação mantém juntos determinados genes e o crossing over os mistura. Na meiose que há um único crossing over, onde afeta apenas duas das quatro cromátides, metade dos gametas são recombinantes e outra metade não são recombinantes. Assim, a porcentagem de gametas recombinantes é sempre metade da porcentagem de meioses nas quais ocorre o crossing over. Mesmo que o crossing over entre dois genes ocorra em cada meiose, apenas 50% dos gametas resultantes serão recombinantes. Assim a freqüência de gametas recombinantes é sempre a metade da freqüência de crossing over, e a proporção máxima de gametas recombinantes é 50%.

Figura 4. Um único crossing over produz metade dos gametas não recombinantes e a metade de gametas recombinantes. Fonte: Adaptado de Pierce (2011).

2.2 Calculando a Frequência de Permuta
A Frequência de permuta é a porcentagem de prole recombinante produzida em um cruzamento, e pode ser calculada da seguinte forma:

2.3 Aclopamento e Repulsão
O arranjo dos alelos em cromossomos homólogos é critico em determinar o resultado do cruzamento para genes ligados. Por exemplo, considere a herança de dois genes em mosca-varejeira australiana, Lucilia cuprina. Nessa espécie, um locus determina a cor do tórax: púrpura (p) é recessiva para o tórax verde normal (A). Um segundo determina a cor da pupa: preta (b) é recessiva em relação à pupa marrom normal (B). Esses loci estão situados próximos no segundo cromossomo.Suponha que tentamos cruzar uma mosca que é heterozigota em ambos os locis com uma mosca que é homozigota recessiva em ambos. Como esses genes são ligados, existem dois arranjos possíveis nos cromossomos da prole da mosca heterozigota. Os alelos dominantes para tórax verde (A) e pupa marrom (B) devem estar no mesmo cromossomo, e os alelos recessivos para tórax púrpura (a) e pupa preta (b) devem residir no outro cromossomo homólogo.
O arranjo, no qual os alelos tipo selvagem são encontrados em um cromossomo e os alelos mutantes são encontrados no outro cromossomo, é chamado de acoplamento ou configuração cis. Alternadamente, um cromossomo pode ter os dois alelos para tórax verde (A) e pupa preta (b), e o outro cromossomo levaria os alelos para tórax púrpura (a) e pupa marrom (B), neste caso, no qual cada cromossomo possui um tipo selvagem e um alelo mutante, é chamado de repulsão ou configuração trans.

Figura 5. Demonstração de configuração cis e trans em cromossomos homólogos. Fonte:Dos Santos (2017).

2.4 Teste para Segregação Independente
Em alguns cruzamentos os genes são claramente ligados porque há mais prole não recombinante do que prole recombinante. Em outros cruzamentos, a diferença entre a segregação independente e a ligação não é tão óbvia. Por exemplo,, suponha que tenhamos feito um cruzamento-teste para dois pares de genes, tais como AaBb X AA bb, e observado os seguintes resultados da prole: 54 AaBb, 56 aabb, 42 Aabb e 48 aaBb. Esse resultado tem a proporção 1:1:1:1 que esperaríamos se A e B segregarem independentemente? Não exatamente, mas bem próxima. Talvez esses genes segreguem independentemente e ao acaso tenham gerado leves desvios entre a proporção 1:1:1:1 esperada e os números observados. Alternativamente, os genes podem estar ligados, com provável crossing over ocorrendo entre eles, e dessa forma o numero de não recombinantes é apenas levemente maior do que o numero de recombinantes.
Nos deparamos então com uma questão: Como distinguir o papel do acaso e o papel da ligação em produzir desvios dos resultados esperados com segregação independente? Se a herança dos alelos em um locus for independente da herança de alelos em um segundo locus, então os genes estão segregados independentemente. Porém, se a herança dos alelos em um locus não for independente da herança dos alelos em um segundo locus, então os genes provavelmente estão ligados.
Um modo de testar a distribuição independente é calcular a probabilidade esperada de cada tipo de prole, supondo segregação independente, e então usar o teste de qui-quadrado da verossimilhança para avaliar se os números observados desviam-se significadamente dos números esperados. Com a distribuição independente, esperamos ¼ de cada fenótipo, essa probabilidade esperada de cada genótipo é baseada na regra da multiplicação da probabilidade, por exemplo, se a probabilidade de Aa é ½ e a probabilidade de Bb é ½ , então a probabilidade de AaBb é ½ X ½ = ¼. Vamos fazer duas suposições: (1) a probabilidade de cada genótipo de um só locus é ½ e (2) os genótipos nos dois loci são herdados independentemente (½ X ½ = ¼).
Um problema com esse enfoque é que um teste significativo de qui-quadrado pode resultar de uma violação de uma das suposições. Se os genes estiverem ligados, então as heranças dos genótipos nos dois loci não são independente (suposição 2), e teremos um desvio significativo entre os números observados e esperados. Mas também podemos ter um desvio significativo se a probabilidade de cada genótipo de um locus não é ½ (suposição 1), mesmo quando os genótipos estão segregados independentemente.Podemos testar ambas as suposições conduzindo uma série de testes de qui-quadrado, primeiro testando a herança dos genótipos e em cada locus separadamente (suposição 1) e, então testando a distribuição independente (suposição 2). Entretanto, um método mais rápido é testar a independência em genótipos com um teste de qui-quadrado de independência.
O teste do qui-quadrado de independência nos permite avaliar se a segregação de alelos em um locus é independente da segregação de alelos em outro locus, sem fazer nenhuma suposição sobre a probabilidade de genótipos em um só locus.
Para fazermos esse teste, devemos construir um quadro de contingência dos números observados da prole, similar ao quadro de Punnett, exceto que nesse pomos os genótipos que resultam da segregação de alelos em um locus na parte de cima e os genótipos que resultam da segregação de alelos no outro locus ao longo da lateral. Em seguida, computamos o total para cada fila, o total para cada coluna e o total geral ( a soma do total das fileiras ou a soma do total da colunas, que devem ser iguais). Esses valores serão usados para computar os valores esperados para o teste do qui-quadrado da independência.
Com a suposição de que os alelos nos dois loci segregam-se independentemente, o número esperado para cada célula do quandro pode ser computado usando a seguinte fórmula:

Agora calculamos o valor do qui-quadrado usando a mesma fórmula que usamos para o teste de qui-quadrado de verossimilhança:

Para determinar a probabilidade associada ao valor de qui-quadrado, precisamos dos graus de liberdade, que são o número de modos pelos quais as classes observadas estão livres para variar dos valores esperados.
Em geral, para o teste do qui-quadrado de independência, os graus de liberdade são iguais ao número de filas em um quadro de contigência menos 1 multiplicado pelo número de colunas no quadro menos 1, ou:

df = (número de filas - 1) × (número de colunas - 1)

Depois de obter o valor de qui-quadrado e os graus de liberdade, podemos obter a probabilidade de um quadro de qui-quadrado (Tabela 1). Os graus de liberdade são dados na coluna da esquerda do quadro e as probabilidades são dadas em cima; no corpo da tabela estão os valores de qui-quadrado associados a essas probabilidades. Primeiro ache a coluna dos graus apropriados de liberdade. Encontre onde o qui-quadrado está entre os valores nesta coluna. Os valores teóricos de qui-quadrado aumentam da esquerda para a direita e as probabilidades diminuem da esquerda para a direita.

Fonte: Pierce (2011)

A maioria dos cientista usam o nível de probabilidade de 0,05 como valor limítrofe: se a probabilidade de o acaso ser responsável pelo desvio é superior ou igual a 0,05, eles aceitam que o acaso pode ser responsável pelo desvio entre o observado e os valores esperados. Quando a probabilidade é menos do que 0,05, os cientistas supõem que o acaso não é responsável e existe uma diferença significativa, o que significa no caso que os genes não estão segregando independentemente, ou seja, estão em ligação.

3. Mapeamento gênico
Segundo Morgan, as distâncias físicas entre os genes estão relacionadas com as taxas de recombinação, formulando uma hipótese onde diz que os eventos de crossing over ocorrem mais ou menos ao acaso para cima ou para baixo no cromossomo, e que dois genes que estão distantes têm mais probabilidade de sofrer crossing over do que dois genes que estão bem próximos. Propuseram então que as frequências de recombinação podem ser um modo para determinar a ordem nos genes ao longo de um cromossomo.
As distâncias em um mapa genético são medidas em unidades mapa (m.u.), e uma unidade mapa equivale a 1% de permuta. As unidades mapa também são chamadas de centimorgans (cM). As distâncias genéticas medidas com a taxa de recombinação são aproximadamente aditivas, isso significa que se a distância do gene A ao gene B é de 5 m.u., a distância do gene B ao gene C é de 10 m.u. e a distância do gene A ao gene C é de 15 m.u., então o gene B deve estar localizado entre os genes A e C. Com base nesse exemplo podemos desenhar um mapa genético simples para os genes A, B e C:

Fonte: Pierce (2011)

Seria possível desenhar também o mapa com o gene C à esquerda e o gene A à direita:

Fonte: Pierce (2011)

Ambos os mapas estão corretos e equivalentes e fazendo uma série de cruzamentos entre pares de genes, é possível construir mapas genéticos mostrando os arranjos de ligação de vários genes.
É importante destacar dois pontos em relação a construção de mapas genéticos pela freqüência de recombinação. Primeiro, não podemos distinguir genes em cromossomos diferentes e genes situados bem distantes no mesmo cromossomo. O segundo ponto é que o cruzamento-teste para dois genes que estão relativamente distantes no mesmo cromossomo tende a subestimar a verdadeira distância física, pois o cruzamento não revela os crossing overs duplos que podem ocorrer entre os dois genes.

Figura 6. Um crossover duplo de dois filamentos entre dois genes ligados produz apenas gametas não recombinantes. Fonte:Adaptado de Pierce (2011).

3.1 Cruzamento-teste de Três Pontos
Os mapas genéticos podem ser construidos a partir de uma serie de cruzamentos-teste para pares de genes, mas esse enfoque não é particularmente eficiente, pois vários cruzamentos de dois pontos devem ser feitos para estabelecer a ordem dos genes, e porque os crossovers duplos são perdidos.
Com o cruzamento de três pontos, a ordem dos genes pode ser estabelecida em um único grupo de prole e alguns crossovers duplos podem geralmente ser detectados, dando distâncias de mapa precisas, por isso se torna uma técnica mais eficiente de mapeamento.
Considere o que acontece quando ocorre um crossing over entre três genes ligados hipotéticos. Veja a figura:

Figura 7. Três tipos de crossovers podem ocorrer entre três loci ligados. Fonte:Adaptado de Pierce (2011).

A figura ilustra um par de cromossomos homólogos de um indivíduo que é heterozigoto em três loci (Aa Bb Cc). Note que os genes estão em configuração de acoplamento (cis), o que significa que todos os alelos dominantes estão em um cromossomo (A B C) e todos os alelos recessivos estão em outro cromossomo (a b c). Três tipos de eventos de crossover podem ocorrer entre esses três genes: dois tipos de crossover únicos e um crossover duplo, como na figura a cima. Em cada tipo de crossover, dois dos cromossomos resultantes são recombinantes e dois não recombinantes.
Note que, nos cromossomos recombinates resultantes de crossover duplo, os dois alelos mais externos são os mesmos que nos não recombinantes, mas o alelo médio é diferente. Esse resultado nos fornece um importante indício sobre a ordem dos genes. Na prole que resulta de um crossover duplo, apenas o alelo do meio deve diferir dos alelos presentes na prole não recombinante.


Referências
BURNS, George W.; BOTTINO, Paul J. Genética. 6.ed.rev. Tradução João Paulo de Campos et al.Rio de janeiro, RJ: Guanabara Koogan,1991.

DE ROBERTIS, Eduardo M. F. Bases da biologia celular e molecular. 4.ed.rev. Tradução Antonio Francisco Dieb Paulo.Rio de janeiro: Guanabara Koogan, 2006.

DOS SANTOS,Vanessa S.Linkage. Mundo Educação. Copyright © 2017. Disponivel em:Acesso em: 22 jan 2017.

PEIRCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. 3.ed. Tradução Paulo A. Motta. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011.

4. Interação gênica

A expressão fenotípica dos genes frequentemente apresentam distribuição independente, porém sua atuação em relação a expressão não segue essa independência. Os efeitos dos genes em um locus dependem da presença de genes em outros loci, assim, a interação de efeitos dos genes em diferentes loci é chamada de interação gênica. Assim, a interação gênica permite que produtos gênicos em loci diferentes combinam-se para produzir novos fenótipos.

1. Interação gênica alélica

1.1 Dominância completa
O tipo mais simples de dominância é a completa. Um alelo completamente dominante será expresso quando uma cópia está presente, como heterozigoto, enquanto um alelo alternativo está totalmente recessivo. Na dominância completa, o homozigoto dominante não pode ser diferenciado do heterozigoto, isto é, a nível fenotípico. Ou seja, A/A= A=a. A doença fenilcetonúria (PKU) e muitas outras doenças humanas monogênicas são totalmente recessivas, enquanto seus alelos tipo selvagem são dominantes. Outras doenças monogênicas, tais como acondroplasia, são totalmente dominantes, embora, nesses casos, o alelo tipo selvagem seja recessivo.
A doença fenilcetonúria(PKU) é causada por alelo defectivo do gene codificante da enzima fenilalanina hidroxilase (PAH), sendo um modelo de mutação recessiva. Na ausência de PAH normal, a fenilalanina que entra no corpo através da ingestão de alimentos não é degradada, acumula-se no organismo. Sob tais condições, a fenilalanina é convertida em ácido pirúvico, que é transportado para o cérebro pela corrente sanguínea, onde impede o desenvolvimento normal e leva ao retardo mental. O motivo do alelo defeituoso ser recessivo é que uma “dose” do alelo tipo selvagem (P) um alelo considerado normal para o organismo em questão, produz PAH suficiente para degradar a fenilalanina que entra no corpo. O gene PAH é dito haplossuficiente. Assim, tanto P/P (duas doses) quanto P/p (uma dose) tem atividade suficiente de PAH para resultar na química celular normal. As pessoas com p/p tem uma dose zero de atividade PAH. Na haploinsuficiência, uma dose do tipo selvagem não é suficiente para atingir os níveis normais de função.

1.2 Co-dominância
É a expressão de ambos os alelos de um heterozigoto. Um exemplo é visto nos grupos sanguíneos ABO de humanos, onde há codominância de alelos de antígenos. Os grupos sanguíneos ABO são determinados por três alelos de um gene. Os três alelos interagem de vários modos para produzir os quatro tipos de sistema sanguíneo ABO. Os 3 principais alelos são i, IA e IB, mas uma pessoa pode ter apenas dois dos três alelos ou duas cópias de um deles. As combinações resultam em seis genótipos diferentes: os três homozigotos e três tipos diferentes de heterozigotos (Tabela 1).

Tabela 1. Genótipos correspondentes a cada tipo sanguíneo.

Nessa série alélica, os alelos determinam a presença e forma de uma molécula de açúcar complexa presente na superfície das hemácias. Essa molécula de açúcar é um antígeno, uma molécula de superfície celular que pode ser reconhecida pelo sistema imunológico. Os alelos IA e IB determinam duas formas diferentes de molécula de superfície celular. Entretanto, o alelo i resulta na ausência de molécula de superfície desse tipo (é um alelo nulo). Nos genótipos IA/i e IB/i, os alelos IA e IB são totalmente dominantes em relação ao i. Porém, no genótipo IA/IB, cada um dos alelos produz sua própria forma de molécula de superfície celular e, assim, os alelos A e B são codominantes.

1.3 Alelos letais recessivos
Alelo letal é o alelo capaz de causar a morte de um organismo. Os alelos letais são uteis para determinar o estágio de desenvolvimento no qual o gene normalmente atua, possibilitando investigar se a morte ocorreu por um alelo letal, em um período cedo ou tardio durante o desenvolvimento de um zigoto. O fenótipo associado à morte também pode ser informativo com relação à função do gene, por exemplo, se determinado órgão parecer anormal, o gene provavelmente se expressa nesse órgão.
Para melhor compreensão de como se diagnostica a letalidade, temos como exemplo, um alelo de cor de pelagem em camundongos. Os camundongos naturais (selvagem) têm pelagem de pigmentação escura. Uma mutação chamada de amarelo(uma cor mais clara) mostra um padrão de herança letal. Quando um camundongo amarelo é cruzado com um camundongo homozigoto selvagem, sempre é observada uma prole de proporção 1:1 amarelo para tipo selvagem, o que sugere que um camundongo amarelo é dominante em relação ao tipo selvagem. Entretanto, se quaisquer dois camundongos amarelos são cruzados entre si, o resultado é sempre 2/3 amarelo e 1/3 tipo selvagem, ou seja, de proporção 2:1.
Esses resultados fazem sentido se o alelo amarelo supostamente é letal quando homozigoto. O alelo amarelo é conhecido como um gene de cor de pelagem chamado A, que vamos chamar de AY. Os resultados do cruzamento entre dois camundongos de pelagem amarela estão apresentados na Tabela 2.

Tabela 2. Proporções genotípicas obtidas a partir cruzamento entre dois camundongos de pelagem amarela.

A proporção monoíbrida esperada de 1:2:1 seria encontrada entre os zigotos, mas é alterada para 2:1 na prole vista ao nascimento porque os zigotos com um genótipo letal AY/AY não sobrevivem para serem contados.

2. Interação gênica na produção de fenótipos
A interação gênica a partir de dois loci pode gerar a produção de uma única característica. Exemplo desta interação é a coloração do fruto do pimentão Capsicumannuum, que apresenta frutos com quatro cores (vermelho, pêssego, laranja/amarelo e creme/branco).
Cruzamentos entre planta homozigota, que produz pimentões vermelhos, com planta homozigota que produz pimentões creme, terão a geração F1 inteira com pimentões vermelhos. Em cruzamentos entre indivíduos da F1 a proporção fenotípica será: 9 vermelhos: 3 pêssegos: 3 laranja: 1 creme (Figura 1). Essa proporção é devida ao cruzamento di-híbrido entre duas plantas que são heterozigotas para dois loci que interagem entre eles e produzem um único fenótipo, no caso, a cor do pimentão.

Figura 1. Interação gênica entre dois loci que determinam a coloração dos frutos de pimentão (Capsicumannum). Fonte: PIERCE, 2011.

Exemplificando como as regras de Mendel sobre hereditariedade podem ser usadas na compreensão da herança de características determinadas por interação gênica, considera-se como exemplo um cruzamento teste entre uma planta F1 do cruzamento demonstrado na Figura 1 (Y+yC+c) e uma planta que produz pimentões creme (yycc). No caso de loci independentes o cruzamento pode ser dividido em dois cruzamentos simples. No primeiro locus, o heterozigoto Y+y é cruzado com o homozigoto yye, desse cruzamento é gerada uma prole ½ Y+ ye ½ yy. Similarmente, no segundo locus o genótipo heterozigoto C+c é cruzado com o genótipo homozigoto cc. De acordo com o princípio de Mendel da distribuição independente, essas proporções de um único locus podem ser combinadas usando a regra de multiplicação, onde a probabilidade de obter o genótipo Y+yC+c é a probabilidade de Y+y (½) multiplicadas pela probabilidade de C+c(½) ou ¼ (Tabela 3).

Tabela 3. Probabilidade de cada genótipo da prole resultante do cruzamento-teste.

3. Interação Gênica com Epistasia
O efeito da interação gênica de determinado gene pode mascarar o efeito de outro gene, em um locus diferente. Esse efeito é conhecido como epistasia e é semelhante ao efeito de dominância, porém a dominância mascara genes no mesmo locus. O gene que mascara é chamado de gene epistático, e o gene cujo efeito é mascarado é um gene hipostático. Os genes epistáticos podem apresentar-se como recessivos ou dominantes.

3.1 Epistasia recessiva
Um exemplo de epistasia recessiva é vista nos genes que determinam a cor da pelagem em cães labradores retrievers. Esses cães podem apresentar colorações preta, marrom ou amarela e essas diferentes cores são determinadas por interações entre genes em dois loci. Um locus determina o tipo de pigmentação produzida pelas células da pele, onde o alelo dominante (B) codifica o pigmento preto, enquanto que alelo recessivo (b) codifica a pigmentação marrom. Os alelos em um segundo locus afetam a disposição do pigmento nos pelos: o alelo E permite que um pigmento escuro (preto ou marrom) seja depositado, enquanto que o alelo recessivo e impede a deposição de pigmento escuro, tornando a pelagem amarela (Figura 3). Assim, a presença de um genótipo ee no segundo locus mascara a expressão dos alelos preto e marrom no primeiro locus, como mostrado abaixo.

Figura 2. Três diferentes cores de pelagem em labrador. Dois alelos B e b de um gene determinam a coloração preta e marrom, respectivamente. Em um gene separado, E permite a deposição de cor na pelagem, e e/e impede a deposição, resultando em fenótipo amarelo (epistasia recessiva). Fonte: Adaptação de GRIFFITHS et al. (2008).

A epistasia recessiva apresenta a proporção 9:3:4. Por exemplo, no entrecruzamento da F1 resultante do cruzamento de um labrador preto homozigoto com alelos dominantes com um labrador amarelo homozigoto com alelos recessivos, a prole F2 terá a proporção 9:3:4, como mostrado abaixo.

3.2 Epistasia dominante
A epistasia dominante é vista na interação de dois loci que determinam a cor do fruto em abóbora, que é comumente encontrada em uma de três cores: amarela, branca ou verde. Quando uma planta homozigota que produz abóboras brancas é cruzada com uma planta homozigota que produz abóboras verdes e as plantas de F1 são cruzadas umas com as outras, obtêm-se os seguintes resultados:

Esse resultado é a proporção familiar 3:1 produzida por um cruzamento entre dois heterozigotos, o que sugere que um alelo dominante em um locusinibe a produção de pigmento, resultando em prole branca.

3.3 Epistasia recessiva duplicada
O albinismo é a ausência de pigmento, uma característica genética comum em muitas plantas e animais. O pigmento é quase sempre produzido por uma via bioquímica múltipla, assim, o albinismo pode envolver interação gênica. O albinismo em caramujo comum de água corrente pode resultar da presença de um dentre dois alelos recessivos em dois loci diferentes. Os caramujos inseminados foram coletados de uma população natural e colocados em copos com água, onde eles põem ovos. Alguns dos ovos eclodem em caramujos albinos. Quando dois caramujos albinos foram cruzados, toda a F1 era pigmentada. Quando a F1 foi entrecruzada, a F2 consistia em 9/16 caramujos pigmentados e 7/16 albinos.
A proporção de 9:7 encontrada nos caramujos da F2 pode ser compreendia como uma modificação da proporção 9:3:3:1 obtida quando dois indivíduos heterozigotos para dois loci são cruzados. A proporção 9:7 surge quando alelos dominantes em ambos os loci (A_B_) produzem caramujos pigmentados; qualquer outro genótipo produz caramujos albinos:

4. Penetrância e Expressividade
Na análise da herança monogênica, há uma tendência natural para escolher mutantes que produzem claras proporções mendelianas. Em tais casos, pode usar o fenótipo para distinguir genótipos mutantes e tipo selvagem com quase 100% de certeza. Nesses casos, diz-se que a mutação é 100% penetrante no fenótipo. Entretanto, muitas mutações mostram penetrância incompleta, isto é, nem todos os indivíduos com o genótipo expressam o fenótipo correspondente. Assim, a penetrância é definida como a percentagem de indivíduos com determinado alelo que exibem o fenótipo associado a esse alelo.
Vários são os motivos possíveis para um organismo apresentar determinado genótipo e não expressar o fenótipo correspondente:
a) A influência do meio: indivíduos com o mesmo genótipo podem apresentar diversos fenótipos, dependendo do ambiente onde se encontram. A gama de fenótipos para indivíduos mutantes e tipo selvagem poder se superpor: o fenótipo de um indivíduo mutante criado em um conjunto de circunstâncias pode corresponder ao fenótipo de um indivíduo tipo selvagem criado em um conjunto diferente de circunstâncias. Se essa correspondência ocorrer, então o indivíduo mutante pode ser distinguido do tipo selvagem.
b) A influência de outros genes interagentes: os modificadores não caracterizados, genes epistáticos ou supressores no resto do genoma podem agir para evitar a expressão do fenótipo típico.
c) A sutileza do fenótipo mutante: os efeitos sutis causados pela ausência de uma função gênica podem ser difíceis de mensurar em situação laboratorial.

Outra medida para descrever a gama de expressão fenotípica é a expressividade. A expressividade mede o grau ao qual determinado alelo e expresso a nível fenotípico, ou seja, é a mensuração da intensidade do fenótipo. Exemplificando, animais marrons (genótipo b/b) de estoques diferentes podem mostrar intensidades muito diferentes do pigmento marrom de claro a escuro. Como na penetrância, a expressividade variável pode ser devida à variação na constituição alélica do resto do genoma ou a fatores ambientais.
O fenômeno de penetrância incompleta e expressividade variável pode tornar qualquer tipo de análise genética mais difícil. Incluindo a análise de heredogramas humanos e as previsões na consulta genética. Por exemplo, geralmente é o caso em que um alelo causador de doença não seja totalmente penetrante. Assim, alguém pode ter o alelo, mas não apresentar nenhum sinal da doença. Se for o caso, é difícil dar um atestado de saúde preciso a qualquer pessoa em um heredogramas de doença. Por outro lado, a análise de heredogramas pode, às vezes, identificar pessoas que não expressão mas quase certamente têm um genótipo de doença. Similarmente, a expressividade variável pode complicar a consulta porque as pessoas com baixa expressividade podem não ser diagnosticadas.

5. Pleiotropia
Quando um único par de alelos é responsável pelo determinismo de dois ou mais caracteres simultaneamente é chamado de pleiotropia. Esse fenômeno mostra que a ideia mendeliana de que cada gene afeta apenas uma característica nem sempre é valida. Por exemplo, alguns ratos nascem com costelas espassadas, traqueia estreitada, pulmões com elasticidade diminuída e narinas bloqueadas, o que fatalmente os levará a morte. Todas essas características são consequência da ação de um par de genes, sendo assim, um caso de pleiotropia.

Exercícios

1. A maioria dos heredogramas apresenta polidactilia sendo herdada como autossômica dominante rara, mas os heredogramas de algumas famílias não se ajustam totalmente aos padrões esperados para tal herança. Tal heredograma é mostrado aqui. (Os losangos não-sombreados representam os números especificados de pessoas de sexo desconhecido).

Fonte: Griffiths et al. (2008).

a) Que irregularidade esse heredograma mostra?
b)Que fenômeno genético esse heredograma ilustra?
c) Sugira um mecanismo especifico de interação gênica que possa produzir tal heredograma, mostrando os genótipos dos membros familiares pertinentes.

2. Uma linhagem homozigota de milho amarelo é cruzada com uma linhagem homozigota de milho púrpura. A F1 é entrecruzada, produzindo uma espiga de milho com 119 grãos púrpura e 89 grãos amarelos (a prole). Qual é o genótipo dos grãos amarelos?

3. Em cães labradores, dois genes, cada um com dois alelos (B/b e E/e), condicionam as três pelagens típicas da raça: preta, marrom e dourada. A pelagem dourada é condicionada pela presença do alelo recessivo e em homozigose no genótipo. Os cães portadores de pelo menos um alelo dominante E serão pretos, se tiverem pelo menos um alelo dominante B; ou marrons, se forem homozigóticos bb. O cruzamento de um macho dourado com uma fêmea marrom produziu descendentes pretos, marrons e dourados. O genótipo do macho é:

a) EeBB.
b) EeBb.
c) eebb.
d) eeBB.
e) eeBb

4. Na cebola, a presença de um alelo dominante C determina a produção de bulbo pigmentado; em cebolas cc, a enzima que catalisa a formação de pigmento não é produzida (cebolas brancas). Outro gene, herdado de forma independente, apresenta o alelo B, que impede a manifestação de gene C. Homozigotos bb não têm a manifestação da cor do bulbo impedida. Quais as proporções fenotípicas esperadas do cruzamento de cebolas homozigotas coloridas com BBcc?

a) 9/16 de cebolas brancas e 7/16 de cebolas coloridas.
b) 12/16 de cebolas brancas e 4/16 de cebolas coloridas
c) 13/16 de cebolas brancas e 3/16 de cebolas coloridas.
d) 15/16 de cebolas brancas e 1/16 de cebolas coloridas.
e) 16/16 de cebolas brancas.

Gabarito
1) a) A expectativa normal para um autossômico dominante é cada indivíduo afetado tenha um genitor afetado, mas essa expectativa não é vista nesse heredograma, o que constitui a irregularidade. Quais são as explicações possíveis?
Poderiam alguns casos de polidactila ser causados por um gene diferente, um que seja um gene dominante ligado ao X? Essa sugestão não é útil, pois ainda teríamos que explicar a ausência da condição nas pessoas II-6 e II-10. Além disso, postulando-se uma herança recessiva, seja autossômica ou ligada ao sexo, isto iria requerer muitas pessoas no heredograma sendo heterozigotas, o que é inapropriado porque a polidactila é uma condição rara.

b) Assim, resta-nos a conclusão de que a polidactilia deve, ás vezes, ser incompletamente penetrante. Alguns indivíduos que tem o genótipo para determinado fenótipo não o expressam. Nesse heredograma, II-6 e II-10 parecem pertencer a essa categoria; eles devem possuir o gene da polidactilia herdado de I-1, pois o transmitem para sua prole.

c) A supressão ambiental da expressão de um gene pode causar penetrância incompleta, como pode a supressão por outro gene. O importante é que I-1 passa o gene para dois tipos de prole, representados por II-1, que expressa o gene, e por II-6 e II-10, que não o expressam. Por esse heredograma, não podemos dizer se outros filhos de I-1 tem o gene. A supressão genética está funcionando? I-1 não tem um alelo supressor, pois ele expressa polidactilia. Assim, a única pessoa da qual o supressor pode vir é I-2. Além disso, I-2 deve ser heterozigoto para o gene supressor porque pelo menos um de seus filhos expressa polidactilia. Com essa hipótese de que a reprodução na geração I deve ter sido:

(I-1) P/p .s/s X (I-2) p/p . S/s

Onde S é o supressor e P é o alelo responsável pela polidactilia. Por essa hipótese, prevemos que a prole irá compreender os seguintes quatro tipos se os genes se distribuírem:

Fonte: Griffiths et al. (2008)

Se S é raro, as reproduções de II-6 e II-10 provavelmente dão:

Fonte: Griffiths et al. (2008)

Não podemos excluir as possibilidades de que II-2 e II-4 tenham o genótipo P/p x S/s e que, por acaso, nenhum de seus descendentes sejam afetados.

2) Devemos primeiro considerar se o cruzamento entre as linhagens amarela e púrpura pode ser um cruzamento mono-híbrido para uma simples característica dominante, que produziria uma proporção de 3:1 na F2 (Aa x Aa= ¾ A_ e ¼ aa). Sob essa hipótese, devemos esperar 156 prole púrpura e 52 prole amarela:

Vemos que os números esperados não se ajustam proximamente aos números observados. Se fizermos um teste do qui-quadrado, obteremos um valor calculado de qui-quadrado de 35,08, que tem uma probabilidade muito menor que 0,05, indicando ser extremamente improvável, quando esperamos uma proporção de 3:1, obtemos uma prole com 119 púrpura e 89 amarelos. Portanto, podemos rejeitar a hipótese de que esses resultados foram produzidos por um cruzamento mono-híbrido.

3) Letra E.

4) Letra E.

Referências
GRIFFITHS, A.J.F.; WESSLER, S.R.; LEWONTIN, R.C.; CARROLL, S.B. Introdução à Genética. 9. ed. rev. Trad. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

PIERCE, B.A. Genética: um enfoque conceitual. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011.

3. Genética Mendeliana

1. Mitose
Processo no qual os cromossomos copiados são distribuídos em um par de núcleos-filhos.

Prófase: É na prófase que o fuso mitótico vai começar a formar-se, essa formação altamente dinâmica depende de propriedades notáveis dos microtúbulos. No início da mitose, a instabilidade da dinâmica dos microtúbulos aumenta, em parte porque M-Cdk fosforila as proteínas associadas aos microtúbulos que influenciam a estabilidade de seus filamentos. Como resultado, durante a prófase, os microtúbulos em rápido crescimento e encurtamento se estendem em todas as direções a partir dos dois centrossomos, explorando o interior da célula.
Alguns dos microtúbulos crescentes de um centrossomo interagem com os de outro centrossomo, essa interação estabiliza-os, prevenindo sua despolimerização, e os liga a dois grupos de microtúbulos unidos para formar a estrutura básica do fuso mitótico, que apresenta uma forma bipolar característica.
Os dois centrossomos que dão origem a esses microtúbulos são agora denominados polos do fuso que interagem. Na pró-metáfase os cromossomos replicados se ligam ao fuso de tal forma que quando as cromátides-irmãs se separam, elas são levadas aos polos opostos da célula.
Pró-metáfase: Esse estágio se inicia repentinamente com a dissociação do envelope nuclear, o qual é quebrado em várias vesículas de membranas pequenas. Esse processo é iniciado pela fosforilação e consequente dissociação das proteínas do poro nuclear e proteínas do filamento intermediário da lâmina nuclear, uma rede de proteínas fibrosas que sustenta e estabiliza o envelope nuclear.
Os microtúbulos do fuso, que estão aguardando do lado de fora do núcleo, agora têm acesso aos cromossomos replicados e se ligam a eles por um complexo de proteínas especializadas denominado cinetocoro. Cada cromossomo duplicado possui dois cinetocoro (um em cada cromátide-irmã) direcionados para lados opostos, a reunião destes depende da presença da sequência do DNA do centrômero. Nasua ausência não são formados e consequentemente os cromossomos não segregam corretamente durante a mitose.
Uma vez desfeito o envelope nuclear, um microtúbulo que encontra um cromossomo se liga a ele, capturando o cromossomo. O microtúbulo finalmente se liga ao cinetocoro, que liga o cromossomo a um polo do fuso. Como os cinetocoros das cromátides-irmãs estão voltados para polos opostos, eles tendem a se ligar aos microtúbulos de polos opostos do fuso, de modo que cada cromossomo replicado se liga aos dois polos do fuso. Essa ligação aos polos opostos (biorientação) gera tensão sobre os cinetocoros, na qual vai sinalizar para os cinetocoros-irmãos de que eles estão ligados de forma correta e estão prontos para serem separados.
Metáfase: Durante a pró-metáfase, os cromossomos, agora ligados ao fuso mitótico, iniciam seu movimento para um lado e para outro. Finalmente, eles se alinham no equador do fuso, a uma distância equivalente entre os dois polos, formando a placa metafásica. Isso define o início da metáfase. Acredita-se que tanto o crescimento e a retração dos microtúbulos como a ação das proteínas motoras dos microtúbulos estejam envolvidos no processo que leva os cromossomos para o equador.
Os cromossomos reunidos no equador do fuso metafásico oscilam para frente e para trás, ajustando continuamente suas posições. Os cromossomos da placa metafásica são ali mantidos sob grande tensão, evidentemente, as forças que irão separar as cromátides- irmãs iniciam logo após a ligação dos microtúbulos aos cinetocoros.
Anáfase: A anáfase se inicia repentinamente com a liberação da ligação de coesina que mantém as cromátides-irmãs unidas, isso permite que cada cromátide seja puxada para os polos do fuso ao qual estão ligadas. Esse movimento segrega os dois grupos de cromossomos idênticos para as extremidades opostas do fuso.
O complexo promotor da anáfase (APC), destrói a proteína inibidora securina que inativa a protease separase, na qual é responsável por romper as ligações das coesinas. O APC é responsável pela degradação das coesinas, e consequente separação das cromátides irmãs, além de induzir a destruição da M-ciclina, tornando assim o complexo M-ciclina inativo. Essa inativação rápida de M-Cdk auxilia a iniciar a saída da mitose.
Uma vez que separadas, as cromátides-irmãs são puxadas para o polo do fuso ao qual estão ligadas. Todas elas se movimentam a uma mesma velocidade, este movimento é consequência de dois processos independentes que envolvem diferentes partes do fuso mitótico, mas que ocorrem mais ou menos simultaneamente, são eles: anáfase A e anáfase B.
Na anáfase A, os microtúbulos do cinetocoro, encurtados pela despolimerização, e os cromossomos ligados se movem em direção aos polos. Na anáfase B, os polos do fuso se distanciam, contribuindo para a segregação dos dois conjuntos cromossômicos.
Vale ressaltar que sem o APC ativo, as cromátides-irmãs continuam unidas, assim nenhum dos cromossomos duplicados pode ser separado até que todos os cromossomos se tenham posicionado corretamente sobre o fuso mitótico. Esse ponto de verificação da formação do fuso controla a saída da mitose.
Telófase: Durante a telófase, o estágio final na mitose, o fuso mitótico se desmonta, e um envelope nuclear é reconstituído ao redor de cada conjunto cromossômico para formar os dois núcleos-filhos. Inicialmente as vesículas da membrana nuclear se agrupam ao redor dos cromossomos individuais e então se fundem para formar o novo envelope nuclear.
Durante esse processo, as proteínas dos poros nucleares e as lâminas nucleares que foram fosforiladas durante a pró-metáfase são agora desfosforiladas, o que permite que se reconstituam e formem o envelope nuclear e a lâmina nuclear respectivamente. Uma vez refeito o envelope nuclear, os cromossomos mitóticos compactados relaxam para seu estado interfásico. Tudo que falta para a célula é completar sua divisão em duas células filhas separadas.

2. Meiose
A meiose ocorre em todos os organismos com reprodução sexuada, que tenham núcleos individualizados, este é o segundo dos dois eventos citológicos e genéticos fundamentais no ciclo sexual.
A meiose como forma de divisão celular difere muito da mitose, consiste de duas divisões sucessivas, cada uma com sua própria prófase, metáfase, anáfase e telófase; resultando, portanto, em quatro núcleos filhos em vez de dois como na mitose. Além das diferenças fundamentais entre mitose e meiose, os produtos nucleares de uma divisão meiótica apresentam apenas um conjunto de cromossomos cada (haploides) ao invés de dois conjuntos (diploides) encontrados em cada produto da mitose. Caso os genes e os cromossomos manterem qualquer correlação, os produtos da meiose podem ser geneticamente diferentes um do outro, em comparação com os produtos geneticamente idênticos da mitose.
A meiose pode se apresentar de diversos modos, dependendo de cada organismo. Ela pode ser espórica, gamética ou zigótica, sendo que as espóricas são realizadas por plantas, pelos esporócitos, já a gamética é realizada em animais e a troca de informação genética entre as espécies se dá por meio do cruzamento entre ovócitos e espermatozoides e a meiose zigótica é comum em algas e fungos onde do núcleo zigótico originam células haploides, portadora do gameta.
Um meiócito é qualquer célula diploide destinada a sofrer meiose. Nas plantas sem sementes e outras formas heterosporadas, por exemplo, os meiócitos são representados pelos megasporócitos (células-mãe dos esporos); nas plantas homosporadas (as que produzem apenas um tipo de esporo por meiose), pelos esporócitos, e em animais superiores, pelos espermatócitos primários e ovócitos primários. A posição do meiócito no ciclo vital varia muito de um dos grupos principais para outro.
Primeira divisão:
Prófase I. A replicação ocorre no estágio S da intérfase, os cromossomos se encurtam e espessam progressivamente, pelo mesmo mecanismo que a mitose. No início da prófase I (zigóteno) os homólogos começam a se parear, processo conhecido como sinapse, sendo exata e específica, ocorrendo ponto a ponto, com dois homólogos geralmente um pouco torcidos um sobreo outro.
O complexo sinaptonêmico é uma estrutura intrincada e complexa, sendo o mecanismo físico pelo qual os homólogos são mantidos juntos na sinapse e torna-se possível o crossing-over. A formação desse complexo inicia-se em vários pontos ao longo do par de homólogo, além disso, há evidencias de que o reparo das moléculas de DNA ocorra nesse estágio. Isto pode resultar em troca de materiais entre cromátides não-irmãs (crossing-over).
Este complexo é completado no estágio seguinte da prófase I (paquíteno), durante o qual os homólogos em sinapse se apresentam claramente compostos cada um de duas cromátides. Os pontos onde ocorre a troca de informações genéticas entre cromátides não-irmãs é evidenciado pela presença de quiasmas (superposição de cromátides). Quanto maior o cromossomo, maior a probabilidade de haver quiasmas.
Em seguida, no estágio de diplóteno da prófase I, inicia-se a separação dos homólogos (exceto nos pontos onde ocorrem os quiasmas). Os cromossomos continuam a condensar-se e o nucléolo começa a desaparecer.
No último estágio da prófase I (diacinese), os cromossomos atingem o máximo de condensação. No final da diacinese, os homólogos em sinapse ficam bem espaçados no núcleo, geralmente próximos da membrana nuclear. Os quiasmas gradualmente se terminalizam e finalmente se separam, devido à continuação do encurtamento dos cromossomos. O nucléolo então desaparece, a membrana nuclear degenera-se, e forma o fuso.
Metáfase I. Os pares de cromossomos homólogos em sinapse encontram-se no equador do fuso no processo de metáfase I.Essa fase difere da metáfase mitótica no arranjo do número haploide de pares de cromossomos homólogos em sinapse no plano equatorial e na tendência do centrômero de cada homólogo em dirigir-sena direção dos polos. Um importante ponto a ser notado é a disposição aleatória dos homólogos pareados.
Anáfase I. Nessa fase ocorre a real disjunção dos homólogos em sinapse, com um cromossomo (longitudinalmente duplo) de cada par movendo-se para os polos, completando, portanto, o processo de terminalização. A anáfase meiótica difere-se da mitótica por ser marcada pela separação das cromátides irmãs, que então se movem para os polos dos cromossomos filhos longitudinalmente únicos. Portanto, na mitose, cada cromossomo presente migra para os polos, em que cada novo núcleo tem o mesmo número de cromossomos que o núcleo genitor, fosse ele haploide ou diploide. Contudo, na meiose, cromossomos inteiros de cada par homólogo (modificados pelo crossing-over que ocorreu na prófase I) separam-se, de modo que cada polo recebe um cromossomo longitudinalmente duplo, paterno ou materno, de cada par. Isto garante uma mudança de número de cromossomos de diploide para haploide resultando em núcleos filhos reorganizados. Em suma, enquanto a anáfase mitótica era marcada pela separação de cromátides irmãs, a anáfase I da meiose caracteriza-se pela separação de cromossomos homólogos.
Telófase I. A presença dos cromossomos nos polos do fuso assinala o término da anáfase I e o começo da telófase I. Durante esta fase os cromossomos podem persistir por algum tempo no estado condensado, o nucléolo e as membranas nucleares reconstituem-se, e pode também ocorrer a citocinese. Em alguns casos, relatou-se que os meiócitos progridem quase diretamente da anáfase I para a prófase II ou mesmo a metáfase II; em outros organismos pode haver uma intérfase ou intercinese entre a primeira e a segunda divisão da meiose. De qualquer modo, a primeira divisão resulta na separação do complemento de cromossomos em dois núcleos haploides. Não há replicação entre as divisões meióticas.
Segunda divisão:
Prófase II. É curta e assemelha-se superficialmente à prófase mitótica, exceto que as cromátides irmãs de cada cromossomo são divergentes, não exibindo helicoidização relacional.
Metáfase II. Nos dois fusos orientados perpendicularmente ao fuso da primeira divisão e muitas vezes separados por uma membrana ou parede, os números haploides de cromossomos, cada um constituído de duas cromátides unidas pelos centrômeros, são dispostos no plano equatorial, sendo um estágio curto.
Anáfase II. Os centrômeros separam-se e as cromátides irmãs da metáfase II, movem-se para os polos como cromátides filhas. Sua chegada aos polos marca o final dessa fase.
Telófase II. Na chegada das cromátides filhas aos polos, os cromossomos filhos voltam à conformação longa, atenuada e reticulada, as membranas nucleares são reconstituídas e reaparecem os núcleos.

Figura 1. Esquema das divisões da meiose. Fonte: UEL.

Figura 2. Esquema das fases da meiose I e II. Fonte: Rachacuca.

3. Gregor Mendel e seu experimento com ervilhas
Gregor Mendel (1822-1884), morava em um monastério, localizado na República Tcheca, onde iniciou seus estudos com hereditariedade. Mendel sempre trabalhava com plantas e no tempo que permaneceu na Universidade de Viena aprofundou seus conhecimentos em matemática, possibilitando realizar experimentos e análises tentando entender o que mantinha as espécies distintas e suas hibridizações.
Seus experimentos eram baseados no cultivo e cruzamento de diversas linhagens de ervilhas, nos quais ele registrava como as características eram transmitidas de geração em geração. Ele pôde observar padrões de hereditariedade nas ervilhas, como textura (lisa ou rugosa) e coloração (verde ou amarela), já que essas características eram herdadas de forma distinta.
No início, ele observou que as linhagens “puras” preservavam suas características ao longo das gerações. Entretanto, quando ele cruzava linhagens de ervilhas rugosas com lisas, a primeira geração de híbridos apresentava somente textura lisa, que chamamos de F1. Porém, se a partir desses híbridos ele produzisse um novo cruzamento, a segunda geração de descendentes (denominada F2), teria ervilhas lisas e rugosas, em uma proporção de 3:1, sempre três ervilhas lisas para uma ervilha rugosa (Figura 4).
Repetindo o cruzamento com diferentes linhagens puras que possuíam caracteres distintos, ele obteve resultados semelhantes. Assim, concluiu que as primeiras gerações desses híbridos (F1) herdavam ambos os traços, mas somente um deles (dominante) tornava-se visível, sendo o outro recessivo, que reapareceria na segunda geração (F2). No experimento das ervilhas citado acima, o traço dominante é a textura lisa e o recessivo a textura rugosa.
Antes de Mendel, existiram alguns naturalistas que observaram que certos traços podiam não se manifestar em uma geração e reaparecer em outra seguinte. Mas Mendel foi muito além com seus experimentos, analisando seus resultados com uma visão de matemático, encontrando um padrão na proporção de traços dominantes e recessivos. Com isso ele pensou na existência de uma lei geral, responsável pela herança das características nas ervilhas, que posteriormente ajudaria em novos avanços para o estudo da genética.

Figura 3: Exemplo dos cruzamentos mendelianos. Fonte: Mundo Educação.

3.1 Primeira Lei de Mendel
A primeira Lei de Mendel é conhecida como Lei da segregação dos fatores. Com a comprovação da hipótese de dominância e recessividade nos experimentos realizados, Mendel levou à formulação da sua primeira lei, que é explicada pela seguinte frase: “Cada característica é determinada por dois fatores que se separam na formação dos gametas”, logo, para cada gameta feminino ou masculino tem-se apenas um fator.
Essa lei postula que os dois alelos para uma dada característica se separam durante a formação dos gametas e que eles se reúnem aleatoriamente, um derivado de cada parental, na fecundação. Um indivíduo de linhagem “pura” para uma determinada característica recebe dos pais fatores idênticos. Os gametas formados por esse indivíduo conterão um único tipo de fator para essa característica. Assim, um indivíduo híbrido que recebe dos pais fatores diferentes formará gametas de dois tipos, como no exemplo citado anteriormente. Essa lei é capaz de explicar a relação 3:1 que Mendel observou nas plantas da geração F2.

3.2 Segunda Lei de Mendel
A Segunda Lei de Mendel é uma complementação da primeira, sendo conhecida como a lei da segregação independente: “Os genes que determinam caracteres diferentes distribuem-se independentemente nos gametas, combinando-se ao acaso”. No caso de cruzamento com dois caracteres, chama-se di-hibridismo, com três ou mais caracteres se denomina poliibridismo.
Ao estudar a herança simultânea de diversos pares de características, Mendel sempre observou, em F2, a proporção fenotípica 9:3:3:1 (Figura 5), consequência da segregação independente ocorrida no duplo-heterozigoto, que origina quatro tipos de gameta.

Figura 4.Representação ilustrativa da Segunda Lei de Mendel. Fonte: Só Biologia.

Para calcular-se o número de gametas que um indivíduo está produzindo, é utilizado a seguinte fórmula: 2n, (em que n representa o número de pares de genes híbridos existentes no genótipo).
Quando se quer determinar o número de genótipos em um cruzamento, descreve-se o poliíbrido, onde analisa-se cada característica separadamente. Depois de determinar-se o número de genótipos para cada caractere, multiplica-se os números obtidos. Segue o exemplo:
AaffCcTtbb X AaFfccTtBB

No cruzamento temos 5 caracteres genotípicas diferentes: A, F, C, T e B (letras maiúsculas representam os genes dominantes e minúsculas os genes recessivos). Sabendo-se disso, passaremos para a etapa de calcular o número de genótipos diferentes que poderá se ter desse cruzamento.

1º Passo: desmembrar o cruzamento e analisar o número de genótipos para cada um dos casos: Cruzamento/Nº de genótipos
● Aa X Aa- 3 (AA, Aa, aa)
● ff X Ff- 2 (Ff, ff)
● Cc X cc- 2 (Cc, cc)
● Tt X Tt- 3 (TT, Tt, tt)
● bb X BB- 1 (Bb)

2º Passo: multiplica-se o número de genótipos obtidos, que será resultado em um total de genótipos diferentes na geração resultante do cruzamento realizado:
3 . 2 . 2 . 3 . 1= 36 genótipos
Para determinar o número de fenótipos, é feito o mesmo cálculo realizado para os genótipos, sendo as características separadas, analisadas e o número de fenótipos multiplicado ao final.
Para calcular-se o número total de combinações gaméticas ou genotípicas existentes, é determinado o número de gametas produzidos por cada indivíduo, em seguida multiplica-se os números obtidos.


Exercicios resolvidos

1) A mitose é um processo de divisão celular que pode ser dividido em quatro etapas. Marque a alternativa que indica corretamente as etapas e a sequência correta em que elas ocorrem.
a) Prófase, G1, S e G2.
b) G1, S, G2 e Metáfase.
c) Prófase, metáfase, telófase e anáfase.
d) Metáfase, prófase, anáfase e telófase.
e) Prófase, metáfase, anáfase e telófase.

2) Em relação ao processo de divisão celular, podemos afirmar que:
a) a mitose consiste em duas divisões celulares sucessivas.
b) os óvulos e espermatozoides são produzidos por divisões mitóticas.
c) durante a meiose não ocorre a permutação ou “crossing-over”.
d) a meiose é um processo que dá origem a quatro células haploides.
e) durante a mitose as cromátides irmãs não se separam.

3) Um estudante, ao iniciar o curso de Genética, anotou o seguinte:
I. Cada caráter hereditário é determinado por um par de fatores e, como estes se separam na formação dos gametas, cada gameta recebe apenas um fator do par.
II. Cada par de alelos presentes nas células diploides separa-se na meiose, de modo que cada célula haploide só recebe um alelo do par.
III. Antes da divisão celular se iniciar, cada molécula de DNA se duplica e, na mitose, as duas moléculas resultantes se separam, indo para células diferentes.
A primeira lei de Mendel está expressa em:
a) I, somente.
b) II, somente.
c) I e II, somente.
d) II e III, somente.
e) I, II e III.
Resposta: Alternativa “c”. A primeira lei de Mendel diz respeito à separação dos fatores hereditários na formação dos gametas, sendo assim somente a afirmação I e II diz respeito a essa lei.

4) A Segunda Lei de Mendel, também chamada de lei da segregação independente, diz que os fatores para duas ou mais características segregam-se de maneira independente, distribuindo-se para os gametas e recombinando-se ao acaso. De acordo com essa lei, podemos concluir que um indivíduo de genótipo BBCc terá gametas:
a) B, C e c.
b) BB e Cc.
c) BC e Bc.
d) BB, BC, Bc e Cc.


Gabarito
1) Alternativa “e”, a sequência correta das etapas da mitose são: Prófase, metáfase, anáfase e telófase.
2) Alternativa “d”. No final da meiose, são produzidas quatro células filhas haploides (n), diferentemente da mitose, que origina duas células filhas diploides (2n).
3) Alternativa “c”. A primeira lei de Mendel diz respeito à separação dos fatores hereditários na formação dos gametas, sendo assim somente a afirmação I e II diz respeito a essa lei.
4) Alternativa “c”. Sabemos que, para formar o gameta, precisamos de um alelo de cada gene, como aprendemos na Primeira Lei. Sendo assim, um gameta deve ter um alelo B e outro que pode ser C ou c. Temos, portanto, os gametas BC e Bc.

Referências
Burns, George W., 1913- Genética; Tradução: João Paulo de Campos, Paulo Armando Motta; Revisão: técnico Paulo Armando Motta. - [reimpr.]. - Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

Natal, Rodrigo. Meiose. Rachacuca. Disponível em: Acesso em: 22 de agosto de 2017.

Cardoso, Mayara. Poliibridismo. Infoescola. Disponível em: Acesso em 25 de fevereiro de 2017.

Castro Pâmela. Primeira Lei de Mendel. Infoescola. Disponível em: Acesso em: 25 de fevereiro de 2017.

Louredo Paula. Primeira Lei de Mendel. Mundo Educação. Disponível em: Acesso em 25 de fevereiro de 2017.

Só biologia. Primeira lei de Mendel. Disponível em: Acesso em 25 de fevereiro de 2017.

Só biologia. Primeira lei de Mendel. Disponível em: Acesso em 22 de agosto de 2017.