Herança e sexo

Em condições normais, qualquer célula diplóide humana contém 23 pares de cromossomas homólogos, isto é, 2n= 46. Desses cromossomas, 44 são autossomas e 2 são os cromossomas sexuais também conhecidos como heterossomas.



Autossomas e heterossomas

Os cromossomas autossômicos são os relacionados às características comuns aos dois sexos, enquanto os sexuais são os responsáveis pelas características próprias de cada sexo.
A formação de órgãos somáticos, tais como fígado, baço, o estômago e outros, deve-se a genes localizados nos autossomas, visto que esses órgãos existem nos dois sexos. O conjunto haplóide de autossomas de uma célula é representado pela letra A.
Por outro lado, a formação dos órgãos reprodutores, testículos e ovários, característicos de cada sexo, é condicionada por genes localizados nos cromossomas sexuais e são representados, de modo geral, por X e Y.
O cromossoma Y é exclusivo do sexo masculino.
O cromossoma X existe na mulher em dose dupla, enquanto no homem ele se encontra em dose simples.



Microscopia Eletrônica do cromossoma X e Y. Compare a diferença de tamanho de cada cromossoma.


Os cromossomas sexuais

O cromossoma Y é mais curto e possui menos genes que o cromossoma X, além de conter uma porção encurtada, em que existem genes exclusivos do sexo masculino. Observe na figura abaixo que uma parte do cromossoma X não possui alelos em Y, isto é, entre os dois cromossomas há uma região não-homóloga.






Herança de genes localizados no cromossoma X


Herança ligada ao sexo em drosófila

Em 1910, Morgan estudou uma macho de drosófila portador de olho branco, originado de uma mutação do olho selvagem, que tem cor marrom avermelhada. O cruzamento desse macho de olho branco (white) com fêmeas de olho selvagem originou, na geração F1, apenas descendentes de olho selvagem.

O cruzamento de machos e fêmeas da geração F1 resultou em uma geração F2 constituída por fêmeas de olho selvagem, machos de olho selvagem e machos de olho branco. A proporção de moscas de olho selvagem e moscas de olho branco foi de aproximadamente 3:1, o que permitiu concluir que a característica olho branco era hereditária e recessiva.

Morgan voltou sua atenção para o fato de não ter nascido nenhuma fêmea de olho branco na geração F2. Isso indicava que a característica em questão tinha alguma relação com o sexo dos indivíduos. Na sequência dos experimentos, Morgan cruzou machos de olho branco com as suas próprias filhas, que eram heterozigotas em relação à cor do olho. Desse cruzamento surgiram fêmeas e machos de olho selvagem, e fêmeas e machos de olho branco, na proporção 1:1:1:1. Esse resultado mostrou que o carácter olho branco podia aparecer também nas fêmeas.

Como explicar, então a ausência de fêmeas de olho branco na geração F2 do primeiro cruzamento?



Em 1911, Morgan concluiu que os resultados dos cruzamentos envolvendo o loco da cor do olho, em drosófila, podiam ser explicados admitindo-se que ele estivesse localizado no cromossoma X. O macho de olho branco original teria fornecido seu cromossoma X, portador do alelo recessivo mutante w (Xw), a todas as filhas que receberam seu outro cromossoma X das mães, portadoras do alelo selvagem W (XW). As fêmeas da geração F1 seriam, portanto, heterozigotas XWXw. Já os machos de F1 receberam o cromossoma X das fêmeas selvagens puras (XW). Sua constituição gênica seria, portanto XWY.

A hipótese de Morgan foi confirmada pela análise de outros genes de drosófila, cuja herança seguia o mesmo padrão. Além disso, permitiu também explicar a herança de genes relacionados com o sexo em outras espécies. Os genes localizados no cromossoma X, que não têm alelo correspondente no cromossoma Y seguem o que se denomina herança ligada ao sexo ou herança ligada ao X.

No post em que falo de Mendel, refiro-me à relação da meiose com a 2ª Lei de Mendel e isto para agora perguntar...

A 2ª Lei de Mendel é sempre obedecida?

A descoberta de que os genes estão situados nos cromossomas gerou um impasse no entendimento da 2º Lei de Mendel.
Como vimos, segundo essa lei, dois ou mais genes não-alelos segregam-se independentemente, desde que estejam localizados em cromossomos diferentes. Surge, no entanto, um problema. Mendel afirmava que os genes relacionados a duas ou mais características sempre apresentavam segregação independente.
Se essa premissa fosse verdadeira, então haveria um cromossoma para cada gene.
Se considerarmos que existe uma infinidade de genes, haveria, então, uma quantidade assombrosa de cromossomas, dentro de uma célula, o que não é verdade. Logo, como existem relativamente poucos cromossomas no núcleo das células e inúmeros genes, é intuitivo concluir que, em cada cromossoma, existe uma infinidade de genes, responsáveis pelas inúmeras características típicas de cada espécie. Dizemos que esses genes presentes em um mesmo cromossoma estão ligados ou em linkage e caminham juntos para a formação dos gametas.

Assim a 2ª lei de Mendel nem sempre é obedecida, bastando para isso que os genes estejam localizados no mesmo cromossoma, ou seja, estejam em linkage.



Linkage

Genes unidos no mesmo cromossomo

T. H. Morgan e seus colaboradores trabalharam com a mosca da fruta, Drosophila melanogaster, e realizaram cruzamentos em que estudaram dois ou mais pares de genes, verificando que, realmente, nem sempre a 2ª Lei de Mendel era obedecida. Concluíram que esses genes não estavam em cromossomos diferente, mas, sim, encontravam-se no mesmo cromossomo (em linkage).



Um dos cruzamentos efetuados por Morgan

Em um dos seus experimentos, Morgan cruzou moscas selvagens de corpo cinza e asas longas com mutantes de corpo preto e asas curtas (chamadas de asas vestigiais). Todos os descendentes de F1 apresentavam corpo cinza e asas longas, atestando que o gene que condiciona corpo cinza (P) domina o que determina corpo preto (p), assim como o gene para asas longas (V) é dominante sobre o (v) que condiciona surgimento de asas vestigiais.A seguir Morgan cruzou descendentes de F1 com duplo-recessivos (ou seja, realizou cruzamentos testes). Para Morgan, os resultados dos cruzamentos-teste revelariam se os genes estavam localizados em cromossomos diferentes (segregação-independente) ou em um mesmo cromossomo (linkage).


Surpreendentemente, porém, nenhum dos resultados esperados foi obtido. A separação e a contagem dos decendentes de F2 revelou o seguinte resultado:

•41,5% de moscas com o corpo cinza e asas longas;
•41,5% de moscas com o corpo preto e asas vestigiais;
•8,5% de moscas com o corpo preto e asas longas;
•8,5% de moscas com o corpo cinza e asas vestigiais.
Ao analisar esse resultado, Morgan convenceu-se de que os genes P e V localizavam-se no mesmo cromossomo. Se estivessem localizados em cromossomos diferentes, a proporção esperada seria outra (1: 1: 1: 1). No entanto, restava a dúvida: como explicar a ocorrência dos fenótipos corpo cinza/asas vestigiais e corpo preto/asas longas?

A resposta não foi difícil de ser obtida. Por essa época já estava razoavelmente esclarecido o processo da meiose. Em 1909, o citologista F. A. Janssens (1863-1964) 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 essa observação para concluir que os fenótipos corpo cinza/asas vestigiais e corpo preto/asas longas eram recombinantes e devido a ocorrência de crossing-over.



Como diferenciar Segregação independente (2ª Lei de Mendel) de Linkage?

Quando comparamos o comportamento de pares de genes para duas características para a segunda lei de Mendel com a ocorrência de linkage e crossing-over em um cruzamento genérico do tipo AaBb X aabb, verificamos que em todos os casos resultam quatro fenótipos diferentes:

•Dominante/dominante
•Dominante/recessivo
•Recessivo/dominante
•Recessivo/recessivo.

A diferença em cada caso está nas proporções obtidas. No caso da 2ª lei de Mendel, haverá 25% de cada fenótipo. No linkage com crossing, todavia, os dois fenótipos parentais surgirão com frequência maior do que as frequências dos recombinantes.

A explicação para isso reside no fato de, durante a meiose a permuta não ocorrer em todas as células, sendo, na verdade, um evento relativamente raro. Por isso, nos cruzamentos PpVv X ppvv, da pagina anterior, foram obtidos 83% de indivíduos do tipo parental (sem crossing) e 17% do tipo recombinantes (resultantes da ocorrência de permuta).

Frequentemente, nos vários cruzamentos realizados do tipo AaBb X aabb, Morgan obteve os dois fenótipos parentais (AaBb e aabb), na proporção de 50% cada. Para explicar esse resultado, ele sugeriu a hipótese que os genes ligados ficam tão próximos um do outro que dificultam a ocorrência de crossing over entre eles. Assim, por exemplo, o gene que determina a cor preta do corpo da drosófila e o gene que condiciona a cor púrpura dos olhos ficam tão próximos que entre eles não ocorre permuta. Nesse caso se fizermos um cruzamento teste entre o duplo-heterozidoto e o duplo-recessivo, teremos nos descendentes apenas dois tipos de fenótipos, que serão correspondentes aos tipos parentais.



Os arranjos “cis” e “trans” dos genes ligados

Considerando dois pares de genes ligados, como, por exemplo, A/a e B/b, um indivíduo duplo heterozigoto pode ter os alelos arranjados de duas maneiras nos cromossomos:

Os alelos dominantes A e B se situam em um cromossomo, enquanto os alelos recessivos a e b se situam no homólogo correspondente. Esse tipo de arranjo é chamado de Cis. O alelo dominante A e o alelo recessivo b se situam em um cromossomo, enquanto o alelo recessivo a e o alelo dominante B, se situam no homólogo correspondente. Esse tipo de arranjo é chamado de Trans.


Podemos descrever esses arranjos, usando um traço duplo ou simples para descrever o cromossomo, ou mais simplificadamente, o arranjo pode ser descrito como AB/ab para Cis e Ab/aB para trans. O arranjo cis e trans dos alelos no duplo-heterozigoto pode ser facilmente identificado em um cruzamento teste. No caso dos machos de Drosófila, se o arranjo for cis (PV/pv), o duplo heterozigoto forma 50% de gametas PV e 50% de gametas pv. Se o arranjo for trans (Pv/pV), o duplo heterozigoto forma 50% de gametas Pv e 50% de pV.

Nas fêmeas de Drosófila, nas quais ocorrem permutações, o arranjo cis ou trans pode ser identificado pela frequência das classes de gametas. As classes mais frequentes indicam as combinações parentais e as menos frequentes as recombinantes.