Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”

Departamento de Genética

LGN 215 - Genética

Ligação II

Prof. Saulo Chaves

Piracicaba, São Paulo, Brasil

Anteriormente em LGN0215

Genes ligados (total ou parcialmente) encontram-se próximos (< 50 cM) no mesmo cromossomo, e sua segregação não é independente

University of Utah

Anteriormente em LGN0215

A ocorrência de gametas recombinantes se dá pela ocorrência de crossing-overs entre genes parcialmente ligados

BioNinja

Anteriormente em LGN0215

Griffiths et al. (2016)

Anteriormente em LGN0215

Quanto maior a ocorrência de crossing-overs, maior a frequência de recombinantes. Por isso, tal frequência é um indicador de distância entre genes utilizado para a construção de mapas genéticos (ou de ligação) (1% F.R. = 1 u.m. = 1 cM)

Twaanders17/Wiki

Conteúdo de hoje

Teste de três pontos
- Por que e como utilizar?
Interferência
- Coeficiente de coincidência
Marcadores genéticos
- Marcadores morfológicos
- Marcadores moleculares

Teste de três pontos

Cruzamento-teste de dois pontos

\[ AB/ab \times ab/ab \]

Gen.	Nº ind.
AB/ab	252
ab/ab	249
Ab/ab	251
aB/ab	248

\[ aC/Ac \times ac/ac \]

Gen.	Nº ind.
AC/ac	255
ac/ac	245
Ac/ac	258
aC/ac	242

\[ BC/bc \times bc/bc \]

Gen.	Nº ind.
BC/bc	405
bc/bc	395
Bc/bc	102
bC/bc	98

Cruzamento-teste de dois pontos

\[ bD/Bd \times bd/bd \]

Gen.	Nº ind.
BD/bd	58
bd/bd	42
Bd/bd	454
bD/bd	436

\[ CD/cd \times cd/cd \]

Gen.	Nº ind.
CD/cd	435
cd/cd	425
Cd/cd	138
cD/cd	142

Cruzamento-teste de dois pontos

Cruzamento-teste de dois pontos

Pouco eficientes no estabelecimento da ordem dos genes
- Necessidade de um grande número de indivíduos e vários cruzamentos
Pouco eficientes na detecção de crossing-over duplos
- Subestimação das distâncias no mapa

Pierce (2016)

Cruzamento-teste de três pontos

Cruzamentos entre triíbridos
Deduzir se três genes estão ligados e, caso positivo, a ordem entre eles

\[ a/a \quad b/b \quad c/c \quad \times \quad A/A \quad B/B \quad C/C \]

\[ \mbox{Gametas: } a \; b \; c \quad \mbox{ e } \quad A \; B \; C \]

\[ F_1\mbox{ triíbrida: } A/a \quad B/b \quad C/c \]

Ordem arbitrária!

Cruzamento-teste de três pontos

\[ F_1\mbox{ triíbrida: } A/a \quad b/B \quad c/C \]

Gametas possíveis: \(2^n = 2 \times 2 \times 2 = 8\)

Cruzamento-teste de três pontos

Quais são os gametas recombinantes?

Gametas	A e B	A e C	B e C
ABC
aBC	R	R
AbC	R		R
abC		R	R
ABc		R	R
aBc	R		R
Abc	R	R
abc

Cruzamento-teste de três pontos

\[ A/a \quad B/b \quad C/c \quad \times \quad a/a \quad b/b \quad c/c \]

Gametas	A e B	A e C	B e C	abc (test.)	Nº ind.
ABC				A/a B/b C/c	235
aBC	R	R		a/a B/b C/c	14
AbC	R		R	A/a b/b C/c	14
abC		R	R	a/a b/b C/c	243
ABc		R	R	A/a B/b c/c	233
aBc	R		R	a/a B/b c/c	12
Abc	R	R		A/a b/b c/c	16
abc				a/a b/b c/c	241

Cruzamento-teste de três pontos

Gametas	A e B	A e C	B e C	Nº ind.
ABC				235
aBC	R	R		14
AbC	R		R	14
abC		R	R	243
ABc		R	R	233
aBc	R		R	12
Abc	R	R		16
abc				241

\[ \begin{split} FR_{AB} & = \frac{14+14+12+16}{1008} \\ & = \frac{56}{1008} \\ & = 0,055 \times 100 \\ & = 5,5 \mbox{ cM} \end{split} \]

Genes ligados!

Cruzamento-teste de três pontos

Gametas	A e B	A e C	B e C	Nº ind.
ABC				235
aBC	R	R		14
AbC	R		R	14
abC		R	R	243
ABc		R	R	233
aBc	R		R	12
Abc	R	R		16
abc				241

\[ \begin{split} FR_{AC} & = \frac{14+243+233+16}{1008} \\ & = \frac{506}{1008} \\ & = 0,502 \times 100 \\ & = 50,2 \mbox{ cM} \end{split} \]

Genes independentes!

Cruzamento-teste de três pontos

Gametas	A e B	A e C	B e C	Nº ind.
ABC				235
aBC	R	R		14
AbC	R		R	14
abC		R	R	243
ABc		R	R	233
aBc	R		R	12
Abc	R	R		16
abc				241

\[ \begin{split} FR_{BC} & = \frac{14+243+233+12}{1008} \\ & = \frac{502}{1008} \\ & = 0,498 \times 100 \\ & = 49,8 \mbox{ cM} \end{split} \]

Genes independentes!

Cruzamento-teste de três pontos

Genótipos dos genitores corrigido:

\[ AB/AB; C/C \times ab/ab;c/c \]

Na vida real, é importante testar a hipótese de ligação entre genes \((FR = 50 \mbox{ cM})\)

Cruzamento-teste de três pontos

Exemplo com genes ligados

\[ d/d \quad E/E \quad F/F \quad \times \quad D/D \quad e/e \quad f/f \]

\[ \mbox{Gametas: } d \; E \; F \quad \mbox{ e } \quad D \; e \; f \]

\[ F_1\mbox{ triíbrida: } d/D \quad E/e \quad F/f \]

Quais os gametas da \(F_1\)?

Cruzamento-teste de três pontos

Quais são os gametas recombinantes?

Gametas	D e E	D e F	E e F
DEF	R	R
dEF
DeF		R	R
deF	R		R
DEf	R		R
dEf		R	R
Def
def	R	R

Cruzamento-teste de três pontos

\[ d/D \quad E/e \quad F/f \quad \times \quad d/d \quad e/e \quad f/f \]

Gametas	D e E	D e F	E e F	Nº ind
DEF	R	R		94
dEF				580
DeF		R	R	5
deF	R		R	45
DEf	R		R	40
dEf		R	R	3
Def				592
def	R	R		89

Cruzamento-teste de três pontos

Gametas	D e E	D e F	E e F	Nº ind
DEF	R	R		94
dEF				580
DeF		R	R	5
deF	R		R	45
DEf	R		R	40
dEf		R	R	3
Def				592
def	R	R		89

\[ \begin{split} FR_{DE} & = \frac{94+45+45+89}{1448} \\ & = \frac{273}{1448} \\ & = 0,189 \times 100 \\ & = 18,9 \mbox{ cM} \end{split} \]

Genes ligados!

Cruzamento-teste de três pontos

Gametas	D e E	D e F	E e F	Nº ind
DEF	R	R		94
dEF				580
DeF		R	R	5
deF	R		R	45
DEf	R		R	40
dEf		R	R	3
Def				592
def	R	R		89

\[ \begin{split} FR_{DF} & = \frac{94+5+3+89}{1448} \\ & = \frac{191}{1448}\\ & = 0,132 \times 100 \\ & = 13,2 \mbox{ cM} \end{split} \]

Genes ligados!

Cruzamento-teste de três pontos

Gametas	D e E	D e F	E e F	Nº ind
DEF	R	R		94
dEF				580
DeF		R	R	5
deF	R		R	45
DEf	R		R	40
dEf		R	R	3
Def				592
def	R	R		89

\[ \begin{split} FR_{EF} & = \frac{5+45+40+3}{1448} \\ & = \frac{93}{1448} \\ & = 0,064 \times 100 \\ & = 6,4 \mbox{ cM} \end{split} \]

Genes ligados!

Cruzamento-teste de três pontos

Ordem mais provável
Corrigindo o genótipo dos pais, temos:

\[ efD/efD \times EFd/EFd \]

Cruzamento-teste de três pontos

Dedução intuitiva da ordem dos genes:

Os duplo-recombinantes são mais raros, pois dependem da ocorrência de dois crossing-overs. Em geral, para três genes, existe somente uma ordem compatível com os supostos duplo-recombinantes identificados na população

Cruzamento-teste de três pontos

Dedução intuitiva da ordem dos genes:

Gametas	D e E	D e F	E e F	Nº ind	Classe
DEF	R	R		94	Recombinante
dEF				580	Parental
DeF		R	R	5	Duplo-recombinante
deF	R		R	45	Recombinante
DEf	R		R	40	Recombinante
dEf		R	R	3	Duplo-recombinante
Def				592	Parental
def	R	R		89	Recombinante

Cruzamento-teste de três pontos

Frequência de recombinação após o ordenamento correto:

Gametas	D e E	D e F	E e F	Nº ind	Classe
EFD	R	R		94	Recombinante
EFd				580	Parental
eFD	R	R	R	5	Duplo-recombinante
eFd	R		R	45	Recombinante
EfD	R		R	40	Recombinante
Efd	R	R	R	3	Duplo-recombinante
efD				592	Parental
efd	R	R		89	Recombinante

\[ FR_{DE} = \frac{94 + \color{red}{5} + \color{red}{5} + 45 + 40 + \color{red}{3} + \color{red}{3} + 89}{1448} \times 100 = 19,6 \mbox{ cM} \]

Interferência

Para guardar no coração

Em geral, os crossing-overs inibem uns aos outros de um modo semelhante a uma interação, fenômeno denominado interferência. A intensidade deste fenômeno está em função da proximidade entre locos. Em outras palavras, um crossing-over reduz a probabilidade de outro crossing-over em uma região adjacente.

Se os crossing-overs fossem independentes:

\[ \Pr\left(\mbox{DR}\right) = \Pr \left( r_{EF} \right) \times \Pr \left( r_{FD} \right) = 0,064 \times 0,132 = 0,0084 \]

\[ \Pr\left(\mbox{DR}\right) \times N = 0,0084 \times 1448 \approx 12,2 \mbox{ DR} \]

Interferência

Nº de DR observados = 8

Nº de DR esperados = 12,2

Coeficiente de coincidência \((C)\) \[ C = \frac{\mbox{Nº de DR observados}}{\mbox{Nº de DR esperados}} = \frac{8}{12,2} = 0,656 \]

Interferência \((I)\): \[ I = 1 - C = 1 - 0,656 = 0,344 \mbox{ ou } 34,4\% \]

Conclusão: 34,4% dos duplo recombinantes esperados não serão observados devido à interferência

Funções de mapeamento

Pierce (2016)

Crossing-overs múltiplos podem ser indetectáveis

Funções de mapeamento

Levam em consideração a ocorrência de crossing-overs múltiplos
Conversão das frações de recombinação em distâncias nos mapas genéticos
\(d_{ij} = -\frac{1}{2} \ln\left(1 - 2r_{ij}\right)\)
\(d_{ij} = r_{ij}\)
\(d_{ij} = \frac{1}{4} \ln \left(\frac{1+2r_{ij}}{1-2r_{ij}}\right)\)
\(r_{ij} \rightarrow\) fração de recombinação entre os locos \(i\) e \(j\)
\(d_{ij} \rightarrow\) distância entre os locos i e j (em Morgans)
- 1 M = 100 cM
Úteis principalmente quando \(r_{ij} > 10\%\)

Marcadores genéticos

Marcos que indicam a existência de variações (polimorfismos) no DNA
- Polimórficos
- Facilmente identificáveis
- Herdáveis
Interessante quando o marcador está ligado com um alelo de identificação/expressão complexa
- Estudo/seleção indireta

Marcadores morfológicos

Fenótipo de fácil identificação
Exemplo: nanismo e macho-esterilidade em trigo
- Gene Rht-D1c: nanismo
- Gene Ms2: macho-esterilidade

Abdullah et al. (2025)

Marcadores genéticos

As características estudadas por Mendel

LadyofHats/Wikimedia

Marcadores morfológicos

Mapa construído a partir de marcadores morfológicos

Griffiths et al. (2002)

Marcadores moleculares

Regiões no próprio DNA que representam a variação entre indivíduos da população
- Frequentes ao longo de todo o genoma
Estáveis, e não são confundíveis com efeitos do ambiente
Variações provocadas por mutações
AFLP, RFLP, RAPD, SSR, SNPs…

International Society of Genetic Genealogy

Marcadores moleculares

Mapa de ligação de morango baseado em SNPs

Hossain et al. (2019)

Apanhado geral

Vimos hoje

O cruzamento-teste de três pontos é eficiente em estimar a frequência de recombinação e construir mapas genéticos pois facilita o ordenamento entre locos e a identificação de duplos-recombinantes

Vimos hoje

Os crossing-overs inibem uns aos outros de um modo semelhante a uma interação, fenômeno denominado interferência

Ziolkowski & Henderson (2016)

Vimos hoje

Marcadores genéticos são marcos que indicam a existência de variações (polimorfismos) no DNA. Podem ser morfológicos ou moleculares, sendo estes, mais abundantes e eficientes em indicar variação

Iglesias & Grzelczak (2020)

Material de apoio

GRIFFITHS, A. J. F., WESSLER, S. R., CARROLL, S. B., & DOEBLEY, J. (2016). Capítulo 4: Mapeamento de cromossomos eucarióticos por recombinação. Introdução à Genética.
RAMALHO, M. A. P., SANTOS, J. B., & PINTO, C. A. B. P. (2004). Capítulo 9: Ligação, permuta genética e pleiotropia. Genética Na Agropecuária.
SNUSTAD, D. P., & SIMMONS, M. J. (2010). Capítulo 7: Ligação, crossing-over e mapeamento cromossômico em eucariotos. Fundamentos de Genética.
Técnicas inovadoras de melhoramento de precisão
Genômica no melhoramento florestal
Testes de dois e três pontos

Grato!