Genetica-Introducao-Conceitos-Fundamentais-e-Aplicacoes

GENÉTICA Introdução Prof Takeshi Kamada Eng Agrônomo Doutor em Genética e Melhoramento Genética DNA Célula Genótipos Genes Qual conceito Herança Melhoramento Vegetal Cruzamentos Genética 1905 Denominação da nova ciência William BATESON GENÉTICA Gene Gênese GREGOR JOHANN MENDEL 1865 Experiências de hibridação em ervilhas Jardim mosteiro de Brno 7 x 35m 12 mil pts 1900 Redescoberta dos trabalhos de Mendel Hugo de Vries Holanda Carl Correns Alemanha Erich von Tschermak Áustria James Watson e Francis Crick produz insulina humana TRANSGÊNICOS Genética Genética EDIÇÃO GENÔMICA 2012 Descrição das sequencias CRISPR que permitem a modificação pontual e precisa do genoma 2018 Nascem as crianças com genoma editado pela CRISPRCas9 Ética 2021 Embrapa lança variedades de cana que tiveram genes editados para otimizar a extração de carboidratos Flex I e aumentar teor de sacarose Flex II 2022 soja lectinas 2023 soja resistente a seca GENOMA HUMANO 1990 início 1998 mapeamento de 394 2003 concluída CLONAGEM DE ANIMAIS 1996 Ovelha Dolly Contribuições na Agropecuária EUA 1930 2010 kgha EUA 1980 6290 kgha híbridos Prod média atual 10 tonha Prod em competições 30 a 38 tonha Brasil aumento 75 híbridos Prod média atual 5 tonha Prod em competições 12 17 tonha Produtividade do Milho Zea mays Contribuições na Agropecuária 1948 peso médio 1360 g 86 dias 1981 1814 g 49 dias Produção de ovosanoave 60 a 80 não melhoradas 270 aves melhoradas Variedades iniciais adaptáveis apenas para região sul Variedades atuais Norte a Sul Safra 2223 3214 milhões de toneladas Conab PROGRAMA DE DISCIPLINA Disciplina Genética Código da Disciplina NDC 121 Número de créditos 04 Carga Horária total 60 Total de aulas 72 Mín 54 EMENTA Genética e sua importância Bases citológicas da hereditariedade Mendelismo e análises de sua extensão Ligação e permuta gênica Herança relacionada ao sexo Mutação Herança extracromossômica Alterações cromossômicas estruturais e numéricas e seu significado biológico Genética de populações Genética quantitativa Dogma Central da Biologia Molecular DNA Recombinante Genética Molecular e suas aplicações OBJETIVO GERAL Proporcionar conhecimentos básicos de Genética permitindo que os alunos sejam capazes de descrever os principais mecanismos de transmissão e variação da hereditariedade Capacitar ao entendimento ou percepção dos avanços mais recentes da genética aplicável nas atividades da agropecuária Livros textos Mansour ER M Trevisan G LDagnino AP A Genética Disponível em minha bibliotecaUniRV Griffiths AJ F Doebley J Peichel C et al Introdução à Genética Disponível em minha bibliotecaUniRV Zaha A Ferreira H B Passaglia LM P Biologia molecular básica Disponível em minha bibliotecaUniRV Ramalho MAP SANTOS JB dos E PINTO CAP Genética na agropecuária 5ª Ed Editora UFLA Nicholas F W Introdução à Genética Veterinária Disponível em minha bibliotecaUniRV AVALIAÇÕES Provas 70 Trabalhos 30 Listas de exercícios 1ª 2ª e 3ª avaliação Estudos dirigidos 2ª e 3ª avaliação Seminários e outros 3ª avaliação Datas das provas 1ª Prova 7ª semana 2ª Prova 13ª semana 3ª Prova 19ª semana Datas da entrega dos trabalhos Após ministrar o conteúdo específico nas aulas normalmente uma semana após a aula 0209 2110 0212 Revisão DNA Macromolécula formada por nucleotídeos que contém regiões codificantes e não codificantes para síntese da proteína 32 bilhões de nucleotídeos no genoma humano 48 milhões nucleotídeos p codificação 20 de 20 a 25 mil genes DNA Gene Sequência de nucleotídeos situado em local fixo que codifica uma ou algumas proteínas Segmento da molécula de DNA que contém uma instrução para síntese da proteína Alelos Diferentes sequências de nucleotídeos situado no mesmo local do DNA Podem codificar ou não diferentes proteínas do gene Forma alternativa do gene Homozigoto Célula ou indivíduo que possui cópias de uma única forma do alelo Ex AA aa B1B2 HbsHbs AAA Hb s Hb s a a Heter Diploide Aa Alelos A e a Heter Triploide Aaa Alelos A e a Heterozigoto Possui diferentes tipos de alelos do gene alelo Ex Aa B1B2 HbAHbs AAa Cromossomos A Y w Z 1 2 3 4 Hemizigoto Possui apenas um alelo de cada gene Não possui cópias do cromossomo haploide Não existe cópias do gene apenas um genoma Genótipo Denominação da constituição genética do indivíduo referese aos locos gênicos que o indivíduo possui independente de ocorrer sua expressão gênica Ex AA aa AABB AABBcc Fenótipo Características físicas bioquímicas eou fisiológicas do indivíduo determinado pelo genótipo e ambiente Sementes verdes olhos azuis ausência de melanina produtividade do leite planta de ciclo precoce Características qualitativas ou quantitativas GENÉTICA Organização do Material Genético Bases citológicas da Herança Referências Ramalho et al Genética na Agropecuária cap 04 Griffiths et al Introdução à Genética Organização do material genético EUCARIONTE 1 1 2 2 Proteínas histônicas DNA Nucleossoma Proteínas DNA DNA Nucleossoma Octâmeros de histonas 2 H2A 2 H2b 2 H3 2 H4 Histona H1 une os nucleossomas DNA e proteínas Nucleossomo Cromossomos Estrutura nucleoproteica 1 2 Nucleotídeos DNA Proteínas Níveis de condensação 1 empacotamento do DNA em nucleosomos 11 nm 2 solenóide ou fibra 30 nm 3 alças 300 nm 4 seção da cromatina 4 3 Cromossomo Metafásico Eucarionte Cromossomo duplicado Duas cromátides irmãs Alto nível de condensação Telômero Telômero Estrutura dos cromossomos Braço longo q Centrômero Eucromatina Heterocromatina Braço curto p Heterocromatina Eucromatina Centrômero Telômero Extremidade do cromossomo que possui DNA altamente repetitivo ATTGGG e condensado com proteínas específicas não possui gene Tamanho será reduzido a cada replicação do DNA para constituir novo cromossomo Funciona como relógio celular indica a quantidade de divisões que a célula pode realizar Telômero Longo várias divisões 50 X Telômero curto reduz a quantidade de divisões que podem ocorrer Pode ser regenerado pela telomerase assim mantém a capacidade da célula dividir se continuamente Pesquisas na área da saúde e cosmética regeneração de tecidos inibição de células cancerosas clonagem terapêutica e outros Telômero Regenerado pela telomerase assim mantém a capacidade da célula dividir Pesquisas na área da cosmética induzir a produção da telomerase para rejuvenescimento dos tecidos Centrômero Região de separação dos braços Alta quantidade de Proteínas Ligação das cromátides irmãs Local de ligação do cromossomo a fibra do fuso mitótico ou meiótico durante a divisão do núcleo Eucromatina Região menos condensada Ocorre transcrição dos genes Heterocromatina Regiões mais condensadas alta quantidade de proteínas Transcrição de genes é baixa ou nula Geralmente possui DNA que não codifica heterocromatina constitutiva definitivamente condensada heterocromatina facultativa pode ocorrer transcrição em determinada célula ou fase Variação das regiões conforme o tipo celular Célula do fígado heterocromatina Célula da epiderme heterocromatina Classificação dos cromossomos quanto a posição do centrômero Metacêntrico braços de tamanhos iguais Rb braço longobraço curto 100 a 149 Submetacêntrico braços de tamanhos diferentes Rb braço longobraço curto 150 a 299 Acrocêntrico braço muito longo e outro muito curto Rb braço longobraço curto 300 Telocêntrico braço curto na posição do telômero braço curto braço longo p q q p q p q p Centrômero Classificação do cromossomos Cariótipo humano 46 XY Maiores 1 a 3 grades 4 e 5 Médios 6 a 15 e X Pequenos 16 a 22 e Y M metacêntrico 1149 S submetacêntrico 15299 A Acrocêntrico 299 A A A A A A M s s M M M M S S s s s s s s s M S Bases Citológicas da Herança Divisão Celular e gametogênese M Mitose 10 hora Citocinese divisão do Citoplasma Divisão Celular Intérfase divisão do núcleo M G1 G2 S G1 Fase de présíntese 10h 1ª Estágio de crescimento Preparação química para replicação Mitose Processo da divisão celular que resulta na produção de células filhas com mesmo número de cromossomos Em células somáticas Ocorre após uma replicação do DNA seguida de uma divisão do núcleo Responsável pelo aumento do número e substituição de células dos tecidos e órgãos Variabilidade genética nula ou baixa mutações Mitose x Apoptose morte programada Da célula Processo de divisão celular Equilíbrio Intérfase G1 S G2 Mitose Prófase Metáfase Anáfase Telófase 2 nd 2 n 2 n 2 n Divisão dos centríolo Início da Mitose Organização do aparelho mitótico Formação das fibras do fuso a partir da divisão do centríolo e migração dos ásteres Migração dos ásteres e formação das fibras Fases da Mitose Desaparecimento da membrana nuclear Visualização das cromátides irmãs Cromossomos dispersos Cromossomos situados na posição mediana da célula e ligados às fibras do fuso mitótico Cromossomos mais condensados Divisão do centrômero Afastamento e migração das cromátides irmãs para os polos da célula Descondensação dos cromossomos Reconstituição da cariomembrana Reaparecimento do núcleo e nucléolo Prófase Metáfase Anáfase Telófase MITOSE JF CORNUET Meiose Processo da divisão celular que resulta na produção de células filhas com reduzido número de cromossomos Reprodução Sexuada meiose x reprodução Assexuada mitose Células gaméticas Permite junção e combinação de genomas entre os genótipos dos progenitores Ocorre uma replicação do DNA seguida de duas divisões do núcleo Variabilidade genética é frequente Variabilidade genética Melhoramento vegetal ou animal Manutenção das características das variedades Fases da Meiose Intérfase G1 S G2 replicação do DNA 2 cromátides Irmãs 2n 4 2 nd 4 nd 2 n 2 Meiose I reducional Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I Meiose II Equacional Prófase II Metáfase II Anáfase II Telófase II Leptóteno Zigóteno R Paquíteno var Diplóteno Diacinese Meiose I Prófase I Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Diacinese Metáfase I Anáfase I Telófase I Mitose Prófase Metáfase Anáfase Telófase E T A P A S D A P R Ó F A S E I Paquíteno Diplóteno Diacinese Leptóteno Zigóteno Leptóteno Cromossomos descondensados livres e dispersos Não visualização das cromátides irmãs Cromossomos homólogos não pareados Zigóteno Pareamento dos homólogos Cromossomos pouco condensados Diferenciação das cromátides irmãs Etapa que viabiliza a troca de segmentos das cromátides não irmãs e redução do número dos cromossomos Paquíteno Permuta entre as cromátides não irmãs Crossing over Diplóteno Afastamento entre os homólogos manifestação dos pontos de permutas ou quiasmas Diacinese Visualização dos quiasmas na extremidade dos cromossomos Quiasma em cromossomos de gafanhoto Vários pontos de permuta Vários gametas recombinantes PERMUTA CROSSINGOVER Cromossomos Homólogos Permuta crossingover A B C d e A B C d e a b c D E a b c D E Pai ABCde Mãe abcDE ABDde aBCde AbcDE abcDE Gametas recombinantes Diacine Diplóteno Pai ABCde Mãe ABCde Crossing over em homozigotos não origina recombinantes Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno INTÉRFASE Metáfase I Anáfase I Telófase I P R O F A S E I Diacinese MEIOSE I MEIOSE II Metáfase I I Anáfase I I Telófase I I Prófase I I Produção de gametas desbalanceados com diferentes números e tipos de cromossomos Não ocorre o pareamento de todos os cromossomos pois nem todos os tipos são homólogos ou possui diferente números em cada genoma Não regenera o número de cromossomos do parental com todas as cópias de cada tipo de cromossomo no óvulo fecundado Híbridos interespecíficos estéreis Prófase I Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Diacinese Metáfase I Anáfase I Telófase I Produção de gametas com déficit ou excesso de cromossomos Defeitos na gametogênese Anáfase I Falhas na separação ou migração dos cromossomos durante a meiose I ou II Anormal formação das fibras Metáfase ou anáfase Anáfase II Meiose Processo da divisão celular que resulta na produção de células filhas com reduzido número de cromossomos Reprodução Sexuada meiose x reprodução Assexuada mitose Células gaméticas Permite junção e combinação de genomas entre os genótipos dos progenitores Ocorre uma replicação do DNA seguida de duas divisões do núcleo Variabilidade genética é frequente Variabilidade genética Melhoramento vegetal ou animal Manutenção das características das variedades Fases da Meiose Intérfase G1 S G2 replicação do DNA 2 cromátides Irmãs 2n 4 2 nd 4 nd 2 n 2 Meiose I reducional Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I Meiose II Equacional Prófase II Metáfase II Anáfase II Telófase II Leptóteno Zigóteno R Paquíteno var Diplóteno Diacinese E T A P A S D A P R Ó F A S E I Paquíteno Diplóteno Diacinese Leptóteno Zigóteno Leptóteno Cromossomos descondensados livres e dispersos Não visualização das cromátides irmãs Cromossomos homólogos não pareados Zigóteno Pareamento dos homólogos Cromossomos pouco condensados Diferenciação das cromátides irmãs Etapa que viabiliza a troca de segmentos das cromátides não irmãs e redução do número dos cromossomos Paquíteno Permuta entre as cromátides não irmãs Crossing over Diplóteno Afastamento entre os homólogos manifestação dos pontos de permutas ou quiasmas Diacinese Visualização dos quiasmas na extremidade dos cromossomos Quiasma em cromossomos de gafanhoto Vários pontos de permuta Vários gametas recombinantes PERMUTA CROSSINGOVER Cromossomos Homólogos Permuta crossingover A B C d e A B C d e a b c D E a b c D E Pai ABCde Mãe abcDE ABDde aBCde AbcDE abcDE Gametas recombinantes Diacine Diplóteno Pai ABCde Mãe ABCde Crossing over em homozigotos não origina recombinantes Meiose I Prófase I Leptóteno Zigóteno Paquíteno Diplóteno Diacinese Metáfase I Anáfase I Telófase I Mitose Prófase Metáfase Anáfase Telófase Gametas Espermatozóide Carboidrato Espaço perivitelino Coroa irradiada Óvulo Hialuronidase Espermatogênese Ovogênese Gametogênese Animal OVOGÊNESE Descontínuo até 48 a 55 anos Início no Prénatal Duplicação do DNA 450 500 mil ovócitos 1ário Dictióteno Fase estacionária do ovócito 1ário Retorno ocorre na Puberdade Meiose I e II Tempo para formação do óvulo está relacionada com a idade n n Zigoto Corpúsculos ou glóbulos polares Meiose II n Ovócito secundário Corpúsculo ou glóbulo polar Meiose I Intérfase G1 S G2 Replicação do DNA 2n 2nd Ovogônia 5ª a 6ª mês Ovócito primário até 7ª mês Dictióteno ESPERMATOGÊNESE Contínuo até 74 anos Inicia na Puberdade Duplicação do DNA Meiose I e II Tempo para formação do gameta 64 dias Fértil 40 mimL 200500 miEj Infértil 3 mimL Intérfase G1 S G2 Replicação do DNA 2n 2nd Espermatogônia Espematócito primário n Espermatócitos secundários Meiose I n Espermátides Meiose II n n n n Espermatozóides Espermiogênese Gametogênese vegetal Estilete Androceu Gineceu FLOR ADULTA Filete Estigma Estigma Gineceu Antera Androceu Estilete Gineceu Flor hermafrodita Microsporogênese e Macrosporogênese Flores unissexuais Macrosporogênese espiga Microsporogênese pendão MICROSPOROGÊNESE Produção gameta masculino Grão de pólen Antera androceu Duplicação do DNA Meiose I e II Mitose Núcleo vegetativo Núcleo gamético Intérfase G1 S G2 Replicação do DNA 2n 2nd Microsporogônia Microsporócito primário n Microsporócitos secundários Meiose I n Meiose II Micrósporo Núcleo gamético Núcleo vegetativo Grãodepólen Mitose n n n n n n n n MACROSPOROGÊNESE Saco embrionário Produção gameta feminino Ovário Gineceu Duplicação do DNA Meiose I e II Mitoses 8 núcleos Formação do saco embrionário Intérfase G1 S G2 Replicação do DNA 2n 2nd Macrosporogônia Megasporócito primário Megásporo Funcional MF n Megasporócito secundário Meiose I glóbulo polar Mitoses Saco Embrionário Meiose II Glóbulos polares GP GP MF MACROSPOROGÊNESE Saco Embrionário Estrutura reprodutiva com oito núcleos Contém gameta feminino oosfera Fertilização Fusão dos núcleos reprodutivos do grão de polem com os núcleos do saco embrionário Oosfera núcleo gamético Embrião 2n 2 Núcleos polares núcleo gamético Endosperma tecido de reserva 3n Saco Embrionário Organização dos núcleos n n n n n n n n Sinérgides Núcleos polares Oosfera Megásporo funcional 3 Divisões da mitose consecutivas endomitoses n n Tubo polínico N gaméticos N vegetativo n n n n N gamético N vegetativo n Grão de polem Antípodas