Poliploidia e Expressão Gênica: Conceitos e Mecanismos

Poliploidia

Consiste na existência de mais de dois genomas no mesmo núcleo, podendo ser um fator de interesse devido a possuírem mais cópias genômicas do que os diploides.

Os poliploides são classificados em:

• Autopoliploides: originados pela duplicação de um mesmo genoma. Ex: melancia e banana.
• Alopoliploides: originados pela duplicação de genomas diferentes, normalmente após um evento de hibridação. Ex: trigo.

Vantagens da poliploidia: heterose, prevenção de recombinação intergenômica, maior vigor, redundância gênica, reprodução assexuada.

Desvantagens da poliploidia: mudanças na arquitetura celular e implicações regulatórias, dificuldade na meiose.

Autopoliploides

Indivíduo que contém três ou mais conjuntos básicos de cromossomos do mesmo genoma.

Autotriploides

Indivíduo que possui três conjuntos básicos de cromossomos homólogos.

Originam-se a partir da fusão sexual de um óvulo não reduzido (2n) e esperma haploide (n).

Eles são identificados na população natural por causa de seu crescimento vegetativo vigoroso, perfilhamento, fenótipos vigorosos e alto aborto do ovário.

Ex: milho, cana, arroz, cevada, tomate e datura.

A esterilidade em indivíduos autotriploides é alta.

Hipertriploides (2n=3x+1)

Indivíduo com um ou mais cromossomos ou segmentos cromossômicos adicionados ao número euploide característico.

Originada da fusão de um óvulo não reduzido e esperma haploide a partir da linha trissômica primária.

Um cromossomo está presente 4 vezes.

Esterilidade de média a alta.

Autotetraploides (4x)

A não disjunção de indivíduos (2n) durante a meiose pode gerar gametas com todo o conjunto dos cromossomos (2n) que após fecundados formarão indivíduos (4n).

Aparecem espontaneamente em populações diploides naturais (2n) em tecidos somáticos.

Frutas originadas de plantas diploides são menores e as tetraploides são maiores.

Um exemplo clássico de origem espontânea de uma autotetraploide é Gigas Oenothera.

Podem ser induzidas com sucesso a partir dos choques térmicos, culturas de células de tecidos, irradiação e produtos químicos (colchicina, determinados hormônios de crescimento, ácido naftaleno-acético).

São lentos no crescimento e exibem verde escuro, folhas grandes, costumam produzir plantas maiores do que seus antepassados.

Ex: sorgo, grão de bico, Triticum monococcum. O grau de esterilidade é menor do que nos triploides.

Alopoliploides

Derivados de hibridação interespecífica ou intergenética.

Contêm múltiplos genomas completos derivados de duas ou mais espécies, podendo resultar naturalmente do surgimento de uma nova espécie, ex: trigo.

Obtenção: geração F1 estéril, porque todos os cromossomos são estruturalmente diferentes, não possuindo homólogos.

Após a duplicação do genoma torna-se um híbrido fértil, haverá dois cromossomos de cada tipo podendo formar bivalentes dando origem a gametas férteis na meiose.

Ocorrem espontaneamente na natureza ou são obtidos artificialmente. Ex: trigo, aveia, algodão, cana, banana, Brassica, tabaco.

Objetivo: desenvolver uma nova cultura, características novas (produtividade, rusticidade).

Alopoliploides naturais (morangueiro), artificiais (rabanete, repolho, triticale).

Ligação Gênica

Ligação Completa: Dois genes são completamente ligados quando não ocorre crossing over na região cromossômica. Se não há crossing over entre 2 genes, um indivíduo produz apenas gametas com combinações gênicas parentais.

Ligação Incompleta: Dois genes são incompletamente ligados quando ocorre crossing over na região cromossômica. A frequência da permuta é variável, podendo vir a ser influenciada pela temperatura, idade do indivíduo, sexo, genótipo, localização dos genes devido a influir diretamente no crossing over.

Princípios da Genética

Princípio da Segregação: Em um indivíduo heterozigoto com dois alelos diferentes, eles se segregam durante a formação dos gametas.

Princípio da Distribuição Independente: Os alelos de diferentes genes são distribuídos de maneira independente um do outro.

Crossing Over

Recombinação gênica com a finalidade de obter maior variabilidade genética. Acontece na meiose 1, onde os genes podem vir a mudar o cromossomo homólogo.

Pleiotropia

Definida como o fenômeno pelo qual um gene controla dois ou mais caracteres. Ex: na cultura do tomateiro, um alelo recessivo reduz a formação de pelos no caule, pedúnculos e anteras.

Expressão Gênica

O termo expressão gênica refere-se ao processo onde a informação codificada por um determinado gene é decodificada em uma proteína. A regulação em qualquer etapa do processo pode levar a uma expressão gênica diferencial.

O termo expressão gênica refere-se aos eventos que levam à manifestação da informação contida no material genético (DNA). Normalmente essa expressão ocorre por meio de proteínas, que realizam diversas funções estruturais e metabólicas no interior das células. Envolve as etapas de transcrição e tradução gênica.

Objetivos da regulação da expressão gênica:

• Em bactérias, o controle da expressão gênica permite que as células se ajustem às possíveis mudanças nutricionais no ambiente, de forma a potencializar seu crescimento e divisão celular.
• Para organismos multicelulares, a expressão gênica controla o desenvolvimento embrionário e a diferenciação celular.

Transcrição Gênica

Consiste em um mecanismo onde a informação codificada em uma sequência de bases do DNA é convertida em sequências de bases do RNA. Em células eucariontes, a transcrição ocorre no núcleo celular.

Estrutura Gênica

• Gene: Considerado toda a sequência de ácido nucleico que é necessária para a síntese de um polipeptídio funcional ou molécula de RNA.
• Unidade de Transcrição: É o segmento de DNA que codifica a sequência no transcrito primário.
• Promotor: Consiste na sequência mínima necessária para que a transcrição inicie.
• Elementos Regulatórios em Cis: São elementos que regulam a iniciação da transcrição.

Interação Genótipo Ambiente

A alteração no desempenho relativo dos genótipos, em virtude de diferenças de ambiente, denomina-se interação genótipo ambiente.

Ambiente: Constituído de todos os fatores que afetam o desenvolvimento das plantas os quais não são de origem genética.

Principais fatores causadores de interação G x E:

Fatores previsíveis: fotoperíodo, tipo de solo, fertilidade do solo, toxidade por alumínio, época de semeadura, práticas agrícolas.

Fatores imprevisíveis: distribuição pluviométrica, umidade relativa do ar, temperatura atmosférica e do solo, patógenos, insetos.

Penetrância

Define-se como o percentual de indivíduos da população com determinado genótipo que expressam o fenótipo.

• Completa: O fenótipo é expresso sempre que houver condições ambientais para se expressar.
• Incompleta: Expressa seu fenótipo em uma parcela dos indivíduos que têm determinada característica.

Expressividade

Refere-se a como o gene expressa o seu fenótipo.

• Uniforme: Quando ocorre a expressão de informações de uma única maneira.
• Variável: Quando ocorre a expressão de informações de diferentes maneiras, com vários padrões de fenótipo e diferentes graus de expressão.

Resumindo: Penetrância e expressividade medem a expressão gênica em função da influência do ambiente e em virtude da interferência genética. Penetrância mede o percentual de vezes que o gene é expresso. Expressividade mede o nível de expressão.

Mutação

São mudanças estruturais causadas nos indivíduos e podem ser naturais ou induzidas (física, por raio x e radiação ultravioleta; química, por metil sulfonado e etil metano sulfonato).

DNA

Desoxirribose, adenina, guanina, citosina e timina, duas cadeias helicoidais, desoxirribonuclease, replicação, DNA polimerase, informação genética.

RNA

Ribose, adenina, guanina, citosina e uracila, uma cadeia, ribonuclease, transcrição, RNA polimerase, síntese de proteínas.