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Conteúdo principal

A base cromossômica da herança

As experiências de Thomas Hunt Morgan. A mosca da fruta (Drosophila melanogaster) como um sistema modelo.

Pontos Principais:

  • A teoria cromossômica da herança de Boveri e Sutton afirma que os genes são encontrados em locais específicos nos cromossomos, e que o comportamento dos cromossomos durante a meiose pode explicar as leis de herança de Mendel.
  • Thomas Hunt Morgan, que estudou as moscas de frutas, forneceu a primeira forte confirmação da teoria cromossômica.
  • Morgan descobriu uma mutação que afetava a cor dos olhos da mosca. Ele observou que a mutação era herdada de forma diferente pelas moscas macho e fêmea.
  • Com base no padrão de herança, Morgan concluiu que o gene para cor dos olhos deve estar localizado no cromossomo X.

Introdução

Onde os genes são encontrados em uma célula? É provável que você já tenha ouvido a máxima: os genes ficam nos cromossomos. Você também dever ter ouvido uma outra máxima, que deu início à era da genética moderna: genes são trechos de DNA que especificam as proteínas.
No entanto, nem sempre se pôde procurar por tais coisas na Khan Academy! Quando Gregor Mendel começou a estudar a hereditariedade em 1843, os cromossomos não haviam sido observados em um microscópio. Apenas com microscópios e técnicas melhores ao final do século de 1800 os biólogos celulares começaram a corar e observar estruturas subcelulares, vendo o que elas faziam durante a divisões celulares (mitose e meiose).
Por fim, alguns cientistas começaram a estudar o trabalho ignorado de Mendel e reavaliaram seu modelo em termos de comportamento dos cromossomos. Por volta da virada do século 20, a comunidade biológica começou a fazer as primeiras tentativas de conexões entre cromossomos, meiose, e a herança de genesstart superscript, 1, end superscript.

A teoria cromossômica da herança

Quem descobriu que os genes estão nos cromossomos? Walter Sutton e Theodor Boveri geralmente ganham os créditos por isso. O americano Sutton estudou os cromossomos e a meiose em gafanhotos. Boveri, que era alemão, estudou as mesmas coisas em ouriços do mar.
Em 1902 e 1903, Sutton e Boveri publicaram trabalhos independentes propondo o que agora chamamos de teoria cromossômica da herança. Essa teoria afirma que genes individuais são encontrados em locais específicos em cromossomos particulares, e que o comportmento dos cromossomos durante a meiose pode explicar porque os genes são herdados, de acordo com as leis de Mendelstart superscript, 2, comma, 3, end superscript.
Fotografias de Walter Sutton, Theodor Boveri e Thomas Hunt Morgan.
_Modificado de "Chromosomal theory of inheritance: Figure 1," by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0) and from "Thomas Hunt Morgan," (public domain)._
Observações que apoiam a teoria cromossômica da herança incluemstart superscript, 4, end superscript:
  • Os cromossomos, como os genes de Mendel, vêm em pares (homólogos) em um organismo. Para ambos genes e cromossomos, um membro do par é herdado da mãe e outro do pai.
  • Os membros de um par homólogo são separados durante a meiose, de forma que cada óvulo ou espermatozoide recebe apenas um membro. Esse processo espelha a segregação de alelos nos gametas na lei de Mendel lei da segregação.
  • Os membros de diferentes pares cromossômicos são separados nos gametas, idependentemente uns dos outros, durante a meiose, assim como os alelos de genes diferentes na lei da segregação independente de Mendel.
A teoria cromossômica da herança foi proposta antes de haver qualquer evidência direta de que características eram transportadas por cromossomos, e isso era controverso a princípio. No fim, foi confirmado pelo trabalho do geneticista Thomas Hunt Morgan e seus estudantes, que estudaram a genética das moscas de frutastart superscript, 5, end superscript.

T. H. Morgan: Diversão com moscas de fruta

Morgan escolheu a mosca de fruta, Drosophila melanogaster, para seus estudos genéticos. O que as moscas de fruta não têm de carisma (dependendo de seu gosto em insetos), elas têm de praticidade: são baratas, fáceis, e crescem rápido. Você pode criar centenas delas em um pequeno pote com açúcar derretido no fundo, e muitos geneticistas ainda fazem isso nos dias de hoje!
Imagem de uma mosca de fruta, fotografada de cima.
Crédito da imagem: "Drosophila melanogaster - top," por André Karwath (CC BY-SA 2.5).
Os experimentos cruciais de verificação da teoria cromossômica de Morgan começaram quando ele encontrou uma mutação em um gene que determina a cor do olho da mosca. Essa mutação fez os olhos de uma mosca serem brancos, em vez de sua cor normal, vermelho.
Inesperadamente, Morgan descobriu que o gene da cor do olho era herdado em padrões diferentes por moscas machos e fêmeasstart superscript, 6, end superscript. As moscas machos têm um cromossomo X e um Y (XY), enquanto as moscas fêmeas têm dois cromossomos X (XX). Não demorou muito para que Morgan percebesse que o gene da cor do olho estava sendo herdado no mesmo padrão do cromossomo X.
Isso pode ter sido uma surpresa para Morgan, que havia sido um crítico da teoria cromossômicastart superscript, 7, end superscript!

Um padrão de herança "ligada ao sexo"start superscript, 6, end superscript

O que fez Morgan pensar que o gene da cor do olho estava no cromossomo X? Vejamos alguns de seus dados. A primeira mosca de olho branco que ele encontrou era macho e quando esta mosca foi cruzada com uma fêmea normal de olhos vermelhos, a prole start text, F, end text, start subscript, 1, end subscript foi toda de olhos vermelhosstart superscript, times, end superscript — mostrando a Morgan que o alelo branco era recessivo. Até aqui, nenhuma surpresa.
Geração P: fêmea tipo selvagem de olhos vermelhos cruzada com macho de olhos brancos.
Geração F1: todas as fêmeas e machos possuem olhos vermelhos. Moscas F1 são liberadas para cruzarem-se entre si.
Geração F2: consiste de moscas na proporção de 2 fêmeas de olhos vermelhos : 1 macho de olhos vermelhos : 1 macho de olhos brancos.
_Imagem modificada de "Drosophila melanogaster," por Madboy74 (CC0/domínio público)._
Mas quando as moscas start text, F, end text, start subscript, 1, end subscript foram cruzadas umas com as outras, algo estranho aconteceu: todas as moscas start text, F, end text, start subscript, 2, end subscript fêmeas tinham olhos vermelhos, enquanto cerca da metade das moscas macho start text, F, end text, start subscript, 2, end subscript tinham olhos brancos. Claramente, as moscas machos e fêmeas estavam herdando a característica em padrões diferentes. Na verdade, elas estavam herdando isso no mesmo padrão de um cromossomo em particular, o X.

X marca o lugar

Vejamos como a herança do cromossomo X pode explicar o que Morgan viu. Anteriormente, dissemos que as moscas fêmeas têm um genótipo XX e as moscas machos têm um genótipo XY. Se fixarmos o gene de cor dos olhos no cromossomo X (colocando-o como um pequeno subscrito, w, plus para vermelho e w para branco), podemos usar um quadro de Punnett para mostrar o primeiro cruzamento de Morgan:
Quadro de Punnett para o cruzamento do macho de olhos brancos (start text, X, end text, start superscript, w, end superscript, start text, Y, end text) com a fêmea selvagem de olhos vermelhos (start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript).
start text, X, end text, start superscript, w, end superscriptstart text, Y, end text
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, Y, end text
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, Y, end text
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscript - fêmeas F1 de olhos vermelhos start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, Y, end text - machos F1 de olhos brancos
_Imagem modificada de "Drosophila melanogaster," por Madboy74 (CC0/domínio público)._
As previsões batem com os fenótipos start text, F, end text, start subscript, 1, end subscript, mas esse grupo de fenótipos também poderia ser explicado por um gene que não está no cromossomo X, já que todas as moscas tinham olhos vermelhos (independente do gênero). Então o prova real vem quando as moscas start text, F, end text, start subscript, 1, end subscript são cruzadas para fazer a geração start text, F, end text, start subscript, 2, end subscript:
Quadro de Punnett para o cruzamento de macho F1 de olhos vermelhos (start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, Y, end text) com fêmea F1, heterozigota de olhos vermelhos (start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscript).
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscriptstart text, Y, end text
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, Y, end text
start text, X, end text, start superscript, w, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscriptstart text, X, end text, start superscript, w, end superscript, start text, Y, end text
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscript - fêmeas F2 de olhos vermelhos
start text, X, end text, start superscript, w, end superscript, start text, Y, end text - machos F2 de olhos brancos
start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, Y, end text - machos F2 de olhos brancos
_Imagem modificada de "Drosophila melanogaster," por Madboy74 (CC0/domínio público)._
Aqui é onde o X faz a diferença. Nosso quadro de Punnett com o gene da cor do olho nos cromossomos X corretamente prevê que todas as moscas fêmeas terão olhos vermelhos, enquanto metade das moscas macho terão olhos brancos. As moscas macho têm seu único cromossomo X de sua mãe, que é heterozigota (start text, X, end text, start superscript, w, plus, end superscript, start text, X, end text, start superscript, w, end superscript), levando à divisão meio a meio dos fenótipos.

Confirmando o modelo

Morgan fez vários outros experimentos para confirmar a localização no cromossomo X para o gene da cor dos olhos. Ele foi cuidadoso em descartar possibilidades alternativas (por exemplo, que era simplesmente impossível conseguir uma mosca fêmea de olho branco)start superscript, 6, end superscript.
Ao juntar todas as suas observações, Morgan concluiu (corretamente) que o gene deve ficar ou estar extremamente associado ao cromossomo Xstart superscript, 7, comma, 9, end superscript. Uma confirmação forte dessa conclusão veio mais tarde, do estudante de Morgan, Calvin Bridges. Bridges mostrou que raras moscas machos ou fêmeas com cores de olhos inesperadas eram produzidas pela não disjunção (falha na separação) dos cromossomos sexuais durante a meiose — basicamente, a exceção que provou a regrastart superscript, 10, comma, 11, end superscript.
Morgan também achou mutações em outros genes que não eram herdados em um padrão determinado pelo sexo. Sabemos agora que os genes são encontrados tanto nos cromossomos sexuais como nos não sexuais, em espécies de moscas de fruta a humanos.

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  • Avatar blobby green style do usuário lilokarol18
    Explique a teoria cromossômica de herança. Qual a importância dela para a genética?
    (2 votos)
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  • Avatar duskpin seed style do usuário 20.unread.messages
    If we cross a white eyed male with a heterozygous female won't we be able to get a fully white eyed female?
    (1 voto)
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