LIGAÇÃO II


Prof. Saulo Chaves

ESALQ / USP - Departamento de Genética

LGN 215 - Genética

Anteriormente em LGN0215

Genes ligados encontram-se próximos 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

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 de ligação

Twaanders17/Wiki

Conteúdo de hoje

  1. Teste de três pontos
    • Por que e como utilizar?
  2. Interferência
    • Coeficiente de coincidência
  3. 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 160
cD/cd 162

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
Khan Academy

Cruzamento-teste de três pontos

Pierce (2016)

Cruzamento-teste de três pontos

  • Cruzamentos entre triíbridos:

abc/abc \(\times\) ABC/ABC

Gametas: abc e ABC

F1 triíbrida: ABC/abc

  • Deduzir se três genes estão ligados e, caso positivo, a ordem entre eles
  • Ordem arbitrária!

Cruzamento-teste de três pontos

F1 triíbrida: ABC/abc

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

Cruzamento-teste de três pontos

Quais são os gametas recombinantes?


Gametas 		Recombinantes em relação aos locos:
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

ABC/abc \(\times\) abc/abc


Gametas 		Recombinantes em relação aos locos:
Cruzamento-teste
Nº ind.
A e B A e C B e C
ABC ABC/abc 235
aBC R R aBC/abc 14
AbC R R AbC/abc 14
abC R R abC/abc 243
ABc R R ABc/abc 233
aBc R R aBc/abc 12
Abc R R Abc/abc 16
abc abc/abc 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

dEF/dEF \(\times\) Def/Def

Gametas: dEF e Def

F1 triíbrida: dEF/Def

Quais os gametas da \(F_1\)?

Cruzamento-teste de três pontos

Quais são os gametas recombinantes?


Gametas 		Recombinantes em relação aos locos
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

dEF/Def \(\times\) def/def


Gametas 		Recombinantes em relação aos locos
Cruzamento-teste
Nº ind.
D e E D e F E e F
DEF R R DEF/def 94
dEF dEF/def 580
DeF R R DeF/def 5
deF R R deF/def 45
DEf R R DEf/def 40
dEf R R dEf/def 3
Def Def/def 592
def R R def/def 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
EFD R R 94 Recombinante
EFd 580 Parental
eFD R R 5 Duplo-recombinante
eFd R R 45 Recombinante
EfD R R 40 Recombinante
Efd R R 3 Duplo-recombinante
efD 592 Parental
efd 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

Interferência

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

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

Funções de mapeamento

Crossing-overs múltiplos podem ser indetectáveis:

Pierce (2016)

Funções de mapeamento

Funções de mapeamento: levam em consideração a ocorrência de crossing-overs múltiplos na conversão da fração de recombinação em distância em unidades de mapa

Kivikoski et al. (2022)

Marcadores genéticos

Marcadores genéticos

  • Marcos que indicam a existência de variações no DNA
    • Polimórficos
    • Facilmente identificáveis
    • Herdáveis
  • Interessantes quando o marcador está ligado à 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 morfológicos

Características estudadas por Mendel

LadyofHats/Wikimedia

Marcadores morfológicos

Mapa construído a partir de marcadores morfológicos:

Griffiths et al. (2002)

Marcadores moleculares

International Society of Genetic Genealogy
  • Variações no próprio DNA provocadas por mutações
  • Frequentes ao longo de todo o genoma
  • Estáveis, e não são confundíveis com efeitos do ambiente
  • AFLP, RFLP, RAPD, SSR, SNPs…

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)

Para fixação

  1. Por que marcadores moleculares são mais apropriados para construção de mapas genéticos e estudos da herança de características?
  2. Qual a importância da construção dos mapas genéticos? Quais informações eles provêem?
  3. No estádio de plântula, uma planta de milho homozigótica para todos os alelos recessivos apresenta fenótipo folhas brilhantes, virescentes e sem lígula. Essa planta foi cruzada com outra heterozigótica para as três características produzindo a seguinte proporção de descendentes:
Fenótipos Nº ind.
Folhas sem brilho, verde, com lígula 28
Folhas sem brilho, verde, sem lígula 179
Folhas sem brilho, virescente, com lígula 69
Folhas sem brilho, virescente, sem lígula 250
Folhas brilhantes, verde, com lígula 198
Folhas brilhantes, verde, sem lígula 70
Folhas brilhantes, virescente, com lígula 183
Folhas brilhantes, virescente, sem lígula 23
  1. Determinar a ordem dos genes e construir o mapa genético envolvendo esses três locos (Folhas brilhantes = a, virescentes = b, sem lígula = c)
  2. Calcular o coeficiente de interferência e intepretar os resultados
  3. Qual o genótipo da planta heterozigótica usada no cruzamento-teste?

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