Aula 01: Introdução à Genética - Importância e Aplicações

AULA 01 INTRODUÇÃO A GENÉTICA UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS Disciplina Genética na Agropecuária A compreensão dos princípios básicos da GENÉTICA é fundamental para opinar de modo consciente frente às inovações introduzidas pela ciência na sociedade colaborando assim com o exercício da sua cidadania BARROS et al 2008 Importância da compreensão da Genética IMPORTÂNCIA DA GENÉTICA NO COTIDIANO Nos Estados Unidos cientistas conseguiram utilizar a CRISPRCas9 para corrigir uma mutação genética no gene MYBPC3 responsável por causar uma série de problemas cardíacos PER2 influencia o relógio do corpo aumenta desejo consumo POMC regula o sistema de resposta ao estresse IMPORTÂNCIA DA GENÉTICA NO COTIDIANO Desextinção amostras de DNA só podem ser usadas por 1 milhão de anos neste sentido teoricamente poderíamos clonar um Homem de Neandertal mas não um tricerátops que viveu há 65 milhões de anos IMPORTÂNCIA DA GENÉTICA NO CURSO DE AGRONOMIA GENÉTICA MELHORAMENTO GENÉTICO ENTOMOLOGIA FITOPATOLOGIA PLANTAS DANINHAS EXPERIMENTAÇÃO AGRÍCOLA CITOLOGIA E ANATOMIA VEGETAL Produção Vegetal 200323 Melhoramento genético Soja com genoma editado para tolerância à seca é aprovada pela CTNBio A Comissão Técnica Nacional de Biossegurança CTNBio acaba de considerar como convencional a soja desenvolvida pela Embrapa para a tolerância à seca a partir da técnica de edição gênica CRISPR httpswwwembrapabrbuscadenoticiasnoticia79181050sojacomgenomaeditadoparatoleranciaasecaeaprovadapelactnbio 110042023 Por que você deve prestar atenção ao novo trigo transgênico no Brasil O governo brasileiro aprovou recentemente o plantio e venda de uma variedade de trigo geneticamente modificado chamado HB4 Bioceres A farinha de trigo proveniente desse transgênico já tinha consumo liberado no Brasil Mas com a nova aprovação agricultores locais podem começar a plantar a própria semente no país O produto contém o gene HaHB4 retirado da planta de girassol que torna o trigo mais resistente à seca Além disso o HB4 é resistente ao glufosinato de amônio herbicida empregado na agricultura A aprovação do trigo HB4 poderia aumentar a produção brasileira de trigo e reduzir a dependência do país em relação às importações de trigo segundo agricultores Plantações não transgênicas podem ser polinizadas pelo produto transgênico em uma espécie de contaminação Outros plantios também podem sofrer com o espalhamento de agroquímicos aos quais só os transgênicos são resistentes httpswwwterracombrbyteporquevocedeveprestaratencaoaonovotrigotransgeniconorasilaa81bdd7c649845ae2ab8f457f5daa8e1tarcwlmhtml A GENÉTICA é a ciência que estuda hereditariedade e variação das características dos organismos HEREDITARIEDADE é o fenômeno pelo qual os descendentes se assemelham aos seus ascendentes Fonte Modificado de Cho et al 2013 Widyasari et al 2020 A GENÉTICA é a ciência que estuda hereditariedade e variação VARIAÇÃO todas as diferenças genéticas ou ambientais entre os organismos relacionados pela descendência As variações podem ser decorrentes exclusivamente do meio não são herdáveis como podem ser produzidas por alterações na constituição genética hereditárias A hereditariedade e a variação são forças antagônicas entretanto são complementares A variação permite que existam diferenças sobre as quais atuam a seleção por meio da evolução eou melhoramento genético O resultado da seleção só será mantido ao longo dos anos se a variação sobre a qual ela atuou for herdável COMO A GENÉTICA SURGE COMO CIÊNCIA Quem foi Mendel O monge Agostiniano Gregor Mendel 1822 1884 realizou experiências sobre hibridação em plantas 1866 em seu jardim no mosteiro de Brunn na Áustria O trabalho de Mendel Objetivo geral Explicar as bases genéticas da hereditariedade Hipóteses Cada indivíduo teria dois fatores para o controle de uma característica Apenas um fator por vez seria transmitido para a geração seguinte Razões para o êxito de Mendel A escolha da espécie usou as variedades de Pisum sativum ervilhadecheiro Planta de ciclo curto Pequeno porte Ocupa pouco espaço Descendência numerosa Flores grandes Fácil polinização Alta variabilidade Avaliou 7 características da ervilha para confirmar o resultado Foi persistente em conduzir o trabalho e defender suas idéias Avaliou cada característica separadamente e aos pares fez cruzamentos recíprocos Utilizou pais puros e contrastantes As características estudados por Mendel Trabalho prático Genitores puros com característica de fenótipos contrastantes Hibridação e cruzamento recíproco Geração F1 toda descendência apresentou flores púrpuras O fenótipo branco havia desaparecido Exemplo Cor das Flores Ervilha Genitor feminino Genótipo BB Bb Geração parental Geração F1 Genitor masculino Genótipo bb Os genitores são puros e contrastantes quanto a caraterística cor de flor X Bb Bb Bb Bb Colheuse as sementes das vagens resultantes do cruzamento acima e obteve se 100 de plantas com flores roxas Exemplo Cor das Flores de Ervilha Em seguida autofecundou as plantas de flores roxas indivíduos F1 obtendo 929 sementes indivíduos F2 Após a semeadura da geração F2 observou plantas de flores brancas e roxas ou seja o fenótipo flor branca reapareceu Contou o número de plantas com cada fenótipo Este procedimento possivelmente nunca tinha sido usado em estudos de herança antes do trabalho de Mendel Exemplo Cor das Flores de Ervilha BB bb Bb Bb Bb bb BB Resultados obtidos Nos cruzamentos em que os genitores eram contrastantes e diferiam para 1 característica SEMPRE proporção 31 na geração F2 Exemplo Forma e Cor das Sementes X 14AL 14Al 14aL 14al 14 AL 116 AALL 116 AALl 116 AaLL 116 AaLl ¼ Al 116 AALl 116 AAll 116 AaLl 116 Aall ¼ aL 116 AaLL 116 AaLl 116 aaLL 116 aaLl ¼ al 116 AaLl 116 Aall 116 aaLl 116 aall Autofecundação de indivíduos da geração F1 AaLl x AaLl 9 AL 3 All 3aaL 3aall Resultados obtidos Nos cruzamentos em que os genitores eram contrastantes e diferiam para 2 características SEMPRE proporção 9331 na geração F2 Resultados obtidos http wwwmendelweborg Conclusões Iniciou o conceito de alelo não a palavra Os caracteres seriam determinados por fatores genéticos independentes herdados intactos ao longo das gerações Descartou a ideia de herança por mesclagem Propôs os termos dominante e recessivo 1 característica segregação geração F2 31 2 características segregação geração F2 9331 1ª Lei de Mendel Lei da Segregação dos fatores Cada característica é determinada por um par de fatores genéticos um par de alelos Os alelos são separados durante a formação dos gametas Desta forma pai e mãe transmitem apenas um alelo para seu descendente aa aa AA Aa Aa Aa Aa Aa Aa Leis de Mendel Para duas ou mais características os fatores hereditários alelos segregamse no híbrido distribuindose independentemente para os gametas onde se combinam ao acaso 2ª Lei de Mendel Lei da segregação independente O gameta que recebeu o alelo dominante A tem a mesma chance probabilidade de receber os alelos L e l de outro gene Leis de Mendel Os resultados obtidos por Mendel só foram reconhecidos em 1900 16 anos após a sua morte e 30 após a publicação do seu trabalho De Vries Correns e Tschermak independentemente mostraram que a teoria de Mendel estava correta O ano de 1900 foi considerado o ano do nascimento da genética É por essa razão que a genética é conhecida como uma ciência do século XX CONSOLIDANDO CONCEITOS IMPORTANTES CARACTERÍSTICA conjunto de informações biológicas que identificam um indivíduo Ex cor de pétalas de feijão FENÓTIPO F GENÓTIPO G AMBIENTE A FENÓTIPO diferentes formas de expressão de uma característica Ex pétalas brancas pétalas roxas Ex grau Brix0 de frutos de abacaxi GENÓTIPO constituição genética de um indivíduo Ex Aa 145º Brix 200º Brix As características são influenciadas pelo ambiente em maior ou menor grau Características qualitativas são pouco influenciados Características quantitativas são altamente influenciados Em culturas agronômicas a PRODUTIVIDADE dependente de boa genética boa condição ambiental e bons tratos culturais FENÓTIPO F GENÓTIPO G AMBIENTE A Formatos de folhas de diferentes cultivares de soja Richter et al 2014 castanho loiro GENE segmento de DNA situado numa posição específica locus de um determinado cromossomo que participa da manifestação fenotípica de uma dado caráter LOCUS GÊNICO posição de um gene no cromossomo ALELOS formas alternativas de um gene situadas em um mesmo locus em cromossomos homólogos e responsáveis pelas diferentes manifestações fenotípicas de um caráter São representados pela mesma letra do gene correspondente O gene A regula a expressão da cor de flores de feijão Esse caráter possui 2 alelos A e a O genótipo é Aa O fenótipo é cor branca A a HOMOZIGOTO OU PURO indivíduo que apresenta alelos iguais para um ou mais caracteres HETEROZIGOTO indivíduos em que os dois alelos de um gene são diferentes entre si ALELO DOMINANTE capaz de produzir o mesmo fenótipo tanto em condição homozigótica quanto heterozigótica ALELO RECESSIVO só se manifesta na ausência do dominante INDIVÍDUOS PUROS OU LINHAGEM indivíduos obtidos por autofecundação que apresentam alelos iguais de um mesmo gene AUTOFECUNDAÇÃO modo de reprodução sexuada em que os gametas masculinos e femininos são oriundos dos mesmo indivíduo ESPÉCIE ALÓGAMA realizam preferencialmente polinização cruzada acima de 95 ESPÉCIE AUTÓGAMA realizam preferencialmente autofecundação acima de 95 GERAÇÃO F1 primeira geração filial proveniente de genitores homozigóticos AA x aa Aa GERAÇÃO F2 segunda geração filial proveniente do intercruzamento ou autofecundação de indivíduos da geração F1 F1 x F1 ou autofecundação de F1 GERAÇÃO Fn enésima geração proveniente da autofecundação de indivíduos da geração Fn1 HÍBRIDO indivíduo resultante do acasalamento de genitores geneticamente distintos Pode envolver o cruzamento entre indivíduos de espécies diferentes híbrido interespecífico ou entre indivíduos da mesma espécie cruzamento de variedades hibrido intervarietal cruzamentos entre linhagens híbrido simples duplo triplo CRUZAMENTO RECÍPROCO é aquele em que o parental é usado ora como macho ora como fêmea CRUZAMENTO TESTE é o cruzamento entre um indivíduo com outro em homozigose recessiva para os genes envolvidos no controle do caráter em estudo Tem sido de grande importância em estudos de ligação fatorial ou em estudos de identificação de genótipos RETROCRUZAMENTO é o cruzamento de um descende com qualquer um dos seus genitores P1 x F1 RC1 e P2 x F2 RC2 OGMs Organismos geneticamente modificados todo e qualquer organismo que teve seu material genético modificado de modo a favorecer alguma característica desejada por meio de técnicas aplicadas pela engenharia genética em laboratórios Transgênicos envolve organismos que contêm um ou mais genes transferidos artificialmente de outra espécie genes exógenos A técnica da transgenia tem como objetivo principal selecionar plantas e animais mais resistentes a doenças pragas agrotóxicos e mudanças climáticas e que sejam também mais nutritivos e produtivos CRISPRCas9 Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas em associação com a nuclease Cas9 é o nome de uma técnica de biologia molecular capaz de editar remover adicionar trocar sequências de DNA localizadas em qualquer região do genoma O resultado é uma planta OGM e não trasngênica CROMOSSOMOS cromatina condensada observada durante as divisões celulares Nos cromossomos situamse os genes nucleares em disposição linear Cada espécies possui um número peculiar de genes CROMATINA é um filamento longo e fino composto por DNA e proteínas encontrado no núcleo da célula eucarionte na fase de interfase É o cromossomo descondensado A estrutura do núcleo é dinâmica variando de acordo com a fase do ciclo celular Fonte chromeextensionefaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkajhttpsedisciplinasuspbrpluginfilephp4306106modresourcecontent1T720 20NC3BAcleo20celular20Vanessa20Arfelli202018pdf Cromossomo com uma cromátide Estrutura de um cromossomo Cromossomo duplicado Replicação do DNA Cromátides irmãs Centrômero Mitose Cromossomos filhos Fonte chromeextensionefaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkajhttpsedisciplinasuspbrpluginfilephp4306106modresourcecontent1T720 20NC3BAcleo20celular20Vanessa20Arfelli202018pdf Centrômero Cromossomo Telômero Telômero Cromátides irmãs Telômero mantêm a estabilidade estrutural do cromossomo Centrômero ponto de ligação entre os cromatídes Estrutura de um cromossomo Cromossomo duplicado Braço p curto Braço q longo cinetócoro microtúbulos moléculas que ligam as cromátidesirmãs Centrômero CURIOSIDADE Telômeros são capas protetoras nas extremidades dos cromossomos A medida que os telômeros tornamse mais curtos sua integridade estrutural enfraquece as células envelhecem e morrem mais rapidamente httpenvelhecimentobiobioblogspotcom201311t eoriatelomericadoenvelhecimentohtml CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS cromossomos que possuem a mesma morfologia e os mesmos genes mas nem sempre os mesmo alelos 1 par de cromossomos homólogos 1 cromossomo duplicado Cromátides irmãs CROMÁTIDES cada um dos filamentos de um cromossomo duplicado CARIÓTIPO é conjunto de cromossomos de um organismo O estudo do cariótipo possibilita determinar a normalidade ou anormalidade alterações cromossômicas CARIÓTIPO HUMANO POSSUI 23 PARES DE CROMOSSOMOS 22 PARES DE CROMOSSOMOS AUTOSSOMOS 1 PAR DE CROMOSSOMO SEXUAL ALOSSOMO Células somáticas são diplóides 2n Células germinativas são haplóides n Mulheres XX Homens XY Síndromes cromossômicas Uma pequena alteração na estrutura dos cromossomos pode desencadear diversos tipos de síndromes e mutações genéticas Na espécie humana por exemplo mutações nos cromossomos podem originar distúrbios fisiológicos e biológicos como síndrome de Down Trissomia do cromossomo 21 possuem 47