LGN215 - Genética Geral

Aula 7:

Mutação e Recombinação Gênica

Prof. Dr. Antonio Augusto Franco Garcia

Monitora: Maria Marta Pastina

Piracicaba - SP

   

Mutação

Conceito: qualquer modificação súbita e hereditária no conjunto gênico de um organismo, que não é explicada pela recombinação da variabilidade genética preexistente

Assim, um organismo mutante é aquele cujo fenótipo alterado é causado por uma possível mutação

Tipo selvagem: padrão encontrado na natureza ou no estoque de laboratório

Mutação gênica: alterações num número reduzido de nucleotídeos da molécula de DNA, resultando no aparecimento de um novo alelo

Mutação cromossômica: mutações que alteram de maneira visível (ao microscópio), o número ou a estrutura dos cromossomos

   

Mutação de ponto

Alterações na sequência de nucleotídeos, que alteram a sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica codificada pelo gene, levando a uma alteração fenotípica

No entanto, podem ocorrer mutações neutras, sem efeito algum no fenótipo

Tipos de alterações:

Adição, deleção ou substituição de base

   

Código genético

   

Adição e Deleção

Adição de uma Timina (T)

DNA: AGA TGA CGG TTT GCA

RNA: UCU ACU GCC AAA CGU

Proteína: ser – tre – ala – lis - arg

DNA: AGT ATG ACG GTT TGC A

RNA: UCA UAC UGC CAA ACG U

Proteína: ser – tir – cis – gln – tre

Deleção de uma Timina (T)

DNA: AGA TGA CGG TTT GCA (original)

DNA: AGA GAC GGT TTG CA

RNA: UCU CUG CCA AAC GU

Proteína: ser – leu – pro – asn

   

Substituições de base: mutações nas quais um par de base substitui outro

Pode ser:

Transição: substituição de uma base por outra da mesma categoria química

Purina substituída por purina (A → G ou G → A)

Pirimidina substituída por pirimidina (C → T ou T → C)

Transversão: substituição de uma base por outra de categoria química diferente (purina por pirimidina e vice e versa)

Substituição de base

   

Mutação silenciosa: a substituição de bases não altera a seqüência de aminoácidos na cadeia polipeptídica

Ex:

Substituição de base

DNA: AGC → AGGRNA: UCG → UCCProt.: Serina – Serina

Mutação de sentido errado: a substituição altera um aminoácido na cadeia polipeptídica

Ex: DNA: AGC → AACRNA: UCG → UUGProt.: Serina – Leucina

Mutação sem sentido: causa o aparecimento de um códon de terminação no mRNA, impedindo a síntese completa da cadeia polipeptídica

Ex: DNA: AGC → ATCRNA: UCG → UAGProt.: Serina – Códon de terminação

   

Mutações

Mutações sem sentido levarão ao término prematuro da tradução, tendo um efeito considerável no funcionamento da proteína

As adições e deleções de um único par de bases no DNA causará uma mudança no quadro aberto de leitura do gene a partir desse ponto. Assim toda a sequência de aminoácidos traduzida a partir do sítio mutante é alterada, não tendo relação com a sequência original

Resultado: perda completa da estrutura e função normal da proteína

   

Anemia falciforme: substituição de base

   

Mutação somática vs germinativa

Mutações podem ocorrer em qualquer célula e em qualquer estágio do ciclo celular. Portanto, podem ocorrer em células somáticas e em células germinativas

Uma mutação somática leva, geralmente, a um aglomerado de células fenotipicamente mutantes chamado setor mutante

Os setores mutantes podem ser identificados somente se seu fenótipo contrastar visualmente com o fenótipo das células tipo selvagem

Ex: mutação somática na maçã vermelha Delicious. Alelo mutante que determina cor dourada surgiu na parede do ovário da flor, que se desenvolveu na parte carnosa da maçã. As sementes não são mutante e darão origem a plantas normais (frutos vermelhos).

   

Mutação somática vs germinativa

Se a mutação for em um tecido cujas células ainda estão se multiplicando, poderá surgir um clone mutante

Mas se a mutação for em uma célula pós-mitótica, que não está se multiplicando, o impacto sobre o fenótipo será desprezível

   

Mutação somática vs germinativa Se a mutação ocorre em células germinativas (reprodutivas), ou em

tecidos que darão origem a estas células, ela poderá ser transmitida às gerações seguintes (mutação germinativa)

Deve-se, no entanto, excluir a possibilidade de que as diferenças fenotípicas surgiram devido à segregação meiótica e recombinação normais

   

Mutação somática vs germinativa

Uma mutação para um alelo que determina orelhas recurvadas surgiu na linhagem germinativa de um gato normal com orelhas retas e expressou-se na prole

   

Mutações somáticas NÃO são transmitidas à descendência. Mas se for tirada uma muda de um caule ou uma folha que apresente um setor somático mutante, a planta que crescerá a partir desta muda pode desenvolver tecido germinativo a partir do setor mutante.

Mutação somática vs germinativa

Ex: mutação produzindo um alelo para pétalas brancas que surgiu originalmente no tecido somático, mas eventualmente tornou-se parte do tecido germinativo e pôde ser transmitida através das sementes.

Antes que um novo fenótipo herdável possa ser atribuído a uma mutação, tanto a segregação quanto a recombinação devem ser excluídas como causas possíveis. Esta exigência é verdadeira tanto para as mutações somáticas quanto para as germinativas.

   

Mutação Mutações morfológica:

Ex: alteração das asas em Drosophila

Tipo selvagem

Asa vestigial Asa recurvada

   

Mutação Mutações letais:

Ex: alteração da plumagem em codorna japonesa

Tipo selvagem Mutação letal

   

Como as mutações causam diferenças no fenótipo?

Mutação

Gene Polipeptídeo FenótipoSelvagem

Informação x ação x

Mutação Novoalelo

Fenótipo Mutante

Informação y

Polipeptídeoalterado

ação y

   

Mutação

Mutações são muito raras

Taxa de mutação:

1/1.000.000.000

A maioria das mutações são deletérias, sendo normalmente eliminadas pela seleção natural

Tipo selvagem Mutação letal

   

Mutação

Mutações espontâneas: de ocorrência natural. Possíveis causas:

Erros na replicação do DNA

Elementos genéticos móveis

Mutações induzidas: são produzidas quando o organismo é exposto a um agente mutagênico, por exemplo, radiação ionizante (mutagênico físico: raio x, raios alfa, por exemplo)

Ex: mutação induzida em Arabdopsis, folhas parcialmente convertidas em pétalas

   

Mecanismos de reparo do DNA

A sobrevivência de um indivíduo está diretamente relacionada à sua estabilidade genética

A manutenção desta estabilidade requer não apenas um mecanismo bem desenvolvido de replicação do DNA, mas também de mecanismos de reparação do DNA, que reparam as lesões acidentais (mutações) que ocorrem continuamente no DNA

   

Mutações cromossômicas

Mutações numéricas (aberrações numéricas):

Variações no número de cromossomos

Mutações estruturais (aberrações estruturais):

Variações na estrutura dos cromossomos

   

Aberrações cromossômicas numéricas Mutações numéricas (aberrações numéricas): envolvem alterações

no número cromossômico

Euploidias: células ou organismos com múltiplos do número básico de cromossomos (x), ou seja, 3x (triplóides), 4x (tetraplóides), 5x (pentaplóides), etc.

Normalmente, os organismos eucariotos são haplóides (x) ou diplóides (2x), ou seja, apresentam apenas uma ou duas cópias do conjunto básico de cromossomos (x)

n: corresponde estritamente ao número de cromossomos dos gametas. Ex: Trigo moderno, 2n = 6x = 42. Portanto, n = 3x = 21 (x = 7)

Aneuploidias: o organismo tem número anormal de cromossomos, apresentando um ou poucos cromossomos a mais ou a menos que o organismo selvagem

Ex: 2n – 1 (organismo com um cromossomo a menos), chamado de monossômico; 2n + 1, organismo trissômico

   

Aberrações cromossômicas numéricas As ABERRAÇÕES NUMÉRICAS são

também denominadas de poliploidias

Importantes para a agricultura (60% das plantas cultivadas tem origem poliplóide)

Maior número de cromossomos e, em geral, frutos, folhas e raízes maiores, aumentando assim a produtividade

   

Euploidias

Autopoliploidia

Alopoliploidia

   

Autopoliploidia

Autopoliploidia: indivíduos com 3 ou mais genomas idênticos

Genoma AA (2n) triplica-se, AA (3n)

Ex: banana

Diferentes níveis de ploidia podem ser selecionados. Ex:

n → haplóide (A)

2n → diplóide (AA)

3n → triplóide (AAA)

4n → tetraplóide (AAAA)

6n → hexaplóide (AAAAAA), etc...

   

Autopoliploidia

Autopoliplóides: um autotetraplóide AAAA se origina diretamente de um diplóide AA, pela duplicação de seu número de cromossomos ou pela união de 2 gametas diplóides (não reduzidos)

Colchicina: impede a formação das fibras do fuso e faz com que os cromossomos não se separem na mitose. Tratamentos prolongados podem criar séries numéricas de 4n, 6n, 8n, etc...

   

Autopoliplóides Artificiais

   

Autopoliploidia

Triplóides (3n)

Quando plantas tetraplóides (4n) ou diplóides (2n) não reduzidas produzem gametas 2n viáveis que se unem na fertilização com gametas haplóides (n).

Triplóides são estéreis devido à irregularidade na meiose.

Os triplóides crescem vigorosamente e dão frutos grandes com pouca ou nenhuma semente. Para se estabelecer na natureza a planta se propaga vegetativamente.

Exemplos: uva sem sementes, maçã, pera, banana

Banana → genoma A, diplóide 2n = AA

Um gameta não reduzido (2n) se uniu a um gameta normal (n), produzindo um indivíduo triplóide (3n), com genoma AAA

   

Autopoliploidia

Triplóides (3n)

Exemplo: melancia sem semente, triplóides (Japão)

Cruzamento de plantas diplóides (2n) com tetraplóides (4n), e produção de sementes triplóides (3n) inviáveis

Mais saborosa e com mais polpa

Problema: quantidade de mão-de-obra para fazer os cruzamentos entre as plantas 2n e 4n

   

Autopoliploidia Tetraplóides (4n)

Freqüentemente se originam a partir de uma duplicação de diplóides (2n)

Aparecem com maior freqüência na natureza

Orquídeas: flores de maior tamanho, intensificação do colorido e durabilidade das flores, além de maior resistência a doenças

Rosas tetraplóides: folhas e flores bem maiores (gigantismo)

Tomate tetraplóide: mais rico em vitamina C

   

Tetraplóides (4n)

Gramíneas forrageiras (braquiárias, colonião, jaraguá, etc...) produzem mais massa (forragem) verde que as plantas diplóides

Seringueira autotetraplóide produz mais borracha que a diplóide, pois apresenta maior crescimento e diâmetro dos vasos laticíferos. Foi inicialmente desenvolvida no IAC

Autopoliploidia

   

Alopoliploidia: indivíduo com no mínimo 2 genomas diferentes

Uma espécie nova é formada pela união de 2 genomas distintos

Exemplo: algodão

G. herbaceum e G. arboreum (diplóides) → Velho Mundo

G. barbadense e G. hirsutum (alotetraplóides) → Novo Mundo

Alopoliploidia

Novo Mundo Velho Mundo

2n = 52 (genoma AADD)G. barbadense G. hirsutum

2n = 26 (genoma AA)G. barbadense

G. arboreum

G. herbaceum

   

Alopoliploidia Os alopoliplóides podem ser

sintetizados pelo cruzamento de espécies proximamente relacionadas e duplicação dos cromossomos do híbrido, resultando em um indivíduo anfidiplóide ( que significa “diplóide duplicado”)

Atualmente, alopoliplóides são sintetizados na agricultura. Os cromossomos do híbrido estéril obtido a partir de um cruzamento interespecífico são duplicados com a utilização de colchicina

Fusão de protoplastos: alopoliplóides somáticos

Ex: Triticale, um anfidiplóide entre Trigo (Triticum, 2n = 6x = 42) e centeio (Secale, 2n = 2x = 14), combinando a alta produtividade do trigo com a resistência do centeio

História evolutiva do Trigo: alopoliplóide natural

   

AlopoliploidiaAlopoliploidia Alopoliploidia pode resultar naturalmente no surgimento de uma nova

espécie

   

Aneuploidias Alterações no número de

cromossomos, ocasionando ganho ou perda de cromossomos

As conseqüências são graves tanto para plantas como para animais

Origem de gametas aneuplóides: não-disjunção na primeira ou segunda divisão celular

Ex: Síndrome de Down (trissomia do cromossomo 21)

   

Afetam a estrutura dos cromossomos, ou seja, o número ou o arranjo dos genes nos cromossomos

Deficiência ou deleção: é a perda de uma porção do cromossomo, resultando na falta de um ou mais genes

Aberrações cromossômicas estruturais

   

Duplicação: é o produto da presença de uma porção extra de cromossomo, resultando na repetição de um ou mais genes

Aberrações cromossômicas estruturais

   

Inversão: ocorre quando, num determinado segmento de cromossomo, houver duas fraturas, seguidas da subseqüente soldadura do fragmento mediano, agora colocado em posição invertida

Aberrações cromossômicas estruturais

Normal

Paracêntrica

Pericêntrica

   

Translocação: ocorre quando dois cromossomos não-homólogos quebram simultaneamente e trocam segmentos

Aberrações cromossômicas estruturais

As translocações, inversões e deleções produzem uma esterilidade parcial pela geração de produtos meióticos (gametas) desbalanceados, que podem morrer ou gerar zigotos que morram