1. Mapeamento genético em
procariotos
Prof. Dra. Adriana Dantas
Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia
UERGS – Bento Gonçalves

2. Definições
 Mapa genético: define a distância entre mutações
em termos de freqüência de recombinação
 Mapa por restrição: Digestão do DNA com
enzimas de restrição e medição da distância entre
os sítios de quebra
 Mapa definitivo: conseguido através do
seqüenciamento do DNA

3. Introdução
No mapeamento genético, utilizamos conhecimentos
de diversas áreas da genética, além de
procedimentos estatísticos adequados.
Assim, o mapeamento genético envolve a genética
mendeliana, a citogenética, a genética molecular, a
genética quantitativa (para mapeamento de QTL’s) e
a genética de populações.

4. Variação genôomica
Fenotípico: função do gene é afetada
Polimorfismo Fragmento de restrição: sítio alvo de
enzima é afetado
Seqüência: análise direta do DNA
• RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism): diferença
no mapa de restrição entre dois (ou mais) indivíduos

5. Marcadores moleculares podem ser usados para
mapeamento
 Marcadores são úteis para a construção de mapas de
ligação e testes de paternidade.
 Mapeamento genético:
 marcadores: RFLPs, SSR, AFLPs, RAPDs, enzimas,
proteínas, aminoácidos, etc.
 genótipo e/ou fenótipo de interesse
freqüência de recombinação

6. Teoria Cromossômica da Herança
 De acordo com a teoria cromossômica...
 Se os genes R e G estão em cromossomos diferentes:
 observe os núcleos das células híbridas F1: RrGg

8. Considerações
 Um indivíduo possui duas cópias de cada partícula de
herança (gene).
 Essas duas cópias são separadas durante a formação dos
gametas e juntam-se novamente quando os dois gametas de
encontram para formar um zigoto.
 Um locus (plural=loci) é um local em um cromossomo onde
ficam os genes.
 Os traços são distribuídos independentemente quando os
loci dos gene R e G estão em diferentes cromossomos.

10. Genes no mesmo cromossomo
 Se os genes estiverem no mesmo cromossomo, quando
observamos o produto de diferentes meioses, temos os
seguintes gametas: RG 50% : rg 50% ; Rg 0% : rG 0b
 De acordo com Mendel, os traços devem estar distribuídos de
maneira independente: RG 25% : rg 25% ; Rg 25% : rG 25%
 De acordo com a teoria cromossômica, os traços devem estar
distribuídos com os cromossomos : RG 50% ; rg 50%

11. Então, qual é o modo de herança real?
 Na verdade, pode haver um terceiro resultado quando os dois genes estão
no mesmo cromossomo.
 Observa-se também a progênie resultante dos gametas RG e rg em uma
maior freqüência do que a progênie dos gametas Rg e rG.
 RG, rg são gametas do tipo parental (o cromossomo no gameta é o mesmo
dos pais) = Rg e rG são gametas não parentais.
 Como isso acontece?
 Os gametas não-parentais Rg e rG são formados por meio de um processo
chamado de recombinação.

12. Crossing Over e Recombinação
Permuta simples

13. Permutas duplas envolvendo 2 cromátides
Permutas duplas envolvendo 3 cromátides

14. Permutas duplas envolvendo 4 cromátides

16. Ligação gênica
 É um dos fenômenos genéticos mais amplamente conhecidos e estudados.
 Logo após a redescoberta dos trabalhos de Mendel, surgiram relatos de
genes que não seguiam a lei de segregação independente.
 Batenson e Punnett foram os primeiros a relatar o fenômeno em 1905.
 No entanto, o trabalho mais célebre sobre ligação gênica deve-se a Morgan e
seu discípulo Stutervant, em 1911.
 Estes autores relacionaram os desvios da segregação independente à
presença dos genes no mesmo cromossomo e propuseram a utilização da
freqüência de recombinação para a realização de mapeamento genético.

17. Proporções na progênie
 proporção na progênie: 944 : 965 : 206 : 185
 Números 944 e 965 são do tipo parental.
 Números 206 e 185 não são do tipo parental (recombinantes).
 Se os genes b e vg estiverem em cromossomos diferentes, a proporção 1 :
1 : 1 : 1 poderia ser esperada para os genótipos
 Se os genes b e vg estiverem nos mesmos cromossomos, a proporção 1 :
1 : 0 : 0 poderia ser esperada para os genótipos

18. Recombinaçao na meiose
 A recombinação ocorre durante a metáfase da meiose I, (células são 4n, cada
cromossomo é duplicado e os cromossomos homólogos são alinhados).
 Partes de cada cromossomo homólogo realizam o crossing over, trocando, de
forma eficaz, o material genético
 Recombinação (evento de crossing over) ocorre com uma certa freqüência .
 Os tipos não parentais (recombinantes) são produzidos durante a recombinação.
 - As células em meiose foram estudadas e observou-se os cromossomos se
tocando para formar o quiasma (crossing-over).

19. Seria essa uma evidência de que a recombinação ocorreu?
 Para provar que houve recombinação, é necessário observar o número de
recombinações produzidas.
 A freqüência da recombinação (FR) é uma medida da probabilidade de troca
genética
 Se os dois genes estão próximos, a freqüência de recombinação é baixa 0%
 Se dois genes estão distantes, a freqüência de recombinação é alta ~50%
 Diz-se que os genes estão ligados em um mesmo cromossomo se FR for menor
do que 50%
 Diz-se que os genes não estão ligados se FR for ~ 50%.
 Eles podem estar bem distantes em um cromossomo ou podem estar em
cromossomos diferentes.

20. Frequência de recombinação (FR) calculado

21. Mapas Genéticos
 Um Mapa de Ligação Genética mostra a ordem dos genes em um cromossomo.
 A ordem está baseada nos dados de freqüência de recombinação entre os genes
 Alfred Sturtevant, um aluno no laboratório de T. H. Morgan, usou os dados de freqüência
de recombinação para construir mapas de ligação genética.
 Troca da material genético resultam em gametas “b+” e “vg+”
 Ele usou valores de FR para atribuir distâncias entre os genes em unidades do mapa
(m.u)
 Exemplo: os genes b e vg em um cromossomo mostram uma freqüência de
recombinação de 17%
 Portanto, o valor FR informa que os genes b e vg estão separados por 17 unidades de
mapa no mesmo cromossomo

22.  Sturtevant sabia que a RF entre o gene vg e um outro gene chamado cinnabar (cn) era de 8%
 Sturtevant descobriu que se os cromossomos fossem entidades lineares, então haveria duas
possibilidades:
 Descobriu que a freqüência de recombinação entre ao genes b e cn era de 9%, assumindo então
que o mapa #2 estava correto.
 Sturtevant compilou todos os dados de ligação e desenvolveu um mapa genético bem mais
extenso.
 Ele inferiu que os genes residiam em cromossomos e conseguiu mapear os genes nos
cromossomos observando os dados de FR entre os genes.

23. Recombinação entre dois genes
1) Para a recombinação ocorrer entre dois genes
ligados deve ocorrer “crossing over“entre eles.
2) A probabilidade do “crossing” ocorrer entre dois
genes ligados é diretamente proporcional à
distância entre eles.
3) Então, a freqüência de recombinação pode
ser usada como um indicador da distância entre
dois genes.

24. Analise de recombinação
 A análise de recombinação é a técnica usada para
determinar quão freqüentemente um “crossing”
pode ocorrer entre dois genes durante a meiose e
portanto quão distantes esses genes estão um do
outro.

25. Para fazer análises de recombinação :
1) Um heterozigota para dois genes conhecidos no
mesmo cromossomo.
2) Um homozigota recessivo para fazer o cruzamento
teste (assim cada genótipo terá um fenótipo único).
3) Suficiente descendência para cálculos acurados da
progenie proveniente ou não de “crossing over”.

26. Mapeamento do cromossomo de E. coli
 Recombinação entre genes marcadores após
transferência
 A transferência entre um cruzamento é deduzida
da existência de recombinantes produzidos pelo
cruzamento
 Antes de ser produzido um gene estável, os genes
transferidos devem ser integrados ou incorporados
ao genoma receptor por um mecanismo de troca.

27. Troca genética em procariotos
 Em procariotos não ocorre entre dois genomas
inteiros (como ocorre em eucariotos)
+ a
exogenoto
+ a
a- (a)
 Ocorre entre genoma completo, derivados de F-,
a- a+
a-
endogenoto
chamados endogenoto, e um incompleto, derivado
do doador, chamado exogenoto.
merozigoto
inviável
 A genetica por recombinaçao em bacterias é a
(a)Um único crossing
leva a cromossomo a +
genetica de merozigotos.
linear parcialmente
a
+
(b)
diplóide
a-
(b) Um numero par de a-
crossing leva a um
anel mais um inviável
fragmento linear viável

28. Possibilidades de crossing
 Um único crossing não é muito útil para gerar
recombinantes viáveis, pois o anel é quebrado para
produzir um cromossomo estranho, linear,
parcialmente diplóide.
 Para haver o anel intacto, deve haver um numero
par de crossing.
 O fragmento produzido é apenas um genoma
parcial, o qual é perdido durante crescimento
celular.

29. Gradiente de Transferência
 Em geral apenas um fragmento do cromossomo
doador aparece no receptor
 Ocorre a quebra espontânea dos pares conjugantes,
de modo que o cromossomo inteiro é raramente
transferido
 Isso cria um gradiente de transferência natural, o
qual torna menos provável que uma célula
receptora receba marcadores genéticos mais finais
(marcadores mais longe da origem).

30. Cruzamentos de marcadores doados por
Hfr na ordem met, arg, leu
•Ocorre muitos fragmento
contendo met do que o locus
arg, e o locus leu esta
met + arg + met + presente apenas num
fragmento.
met + arg + met +
met + arg + met +
•Desta forma, quanto mais
met + arg + met +
próximo o marcador esta de
met + arg + met +
origem, maior a chance de
que ele seja transferido
durante a conjugação.
met + arg + met +

31. Mapeamento por FR em cruzamentos de bactérias
 Para obtermos uma resolução alta entre o loci
marcador que estão próximos ao gene
 Usamos a FR para medir essa ligação.
 Para medir a ligação e obter a distancia de mapa
calculada, é necessário que o marcador tenha
chance igual de ser transferido junto ao gene.

32. Três marcadores: met, arg, leu
•A ordem é met, arg, leu
•met é transferido
met+ arg+ met+
primeiro e leu por ultimo
met+ arg+ met+
Fragmento transferido
de cromossomo Hfr
met+ arg+ met
met+ •Porque o ultimo é o
leu?
met+ arg+ met+
Leu- arg - met -
•Porque se selecionamos
met+ arg+ met+ o ultimo, então
saberemos que todas as
met+ arg+ met+
Cromossomo F - células que receberam o
fragmento contendo
esse ultimo marcador
também receberá os
outros, met e arg.

33. Cálculo da distancia do mapa
 Unidade do mapa é (u.m) é igual a 1 por cento de crossing
no respectivo intervalo.
 Na pratica isso é calculado, entre o total de recombinantes
recuperados, a porcentagem de recombinantes produzidos
por crossings entre dois marcadores.
 Por definição, uma unidade de mapa genético (cM)
corresponde a 1% de recombinação.
 Entretanto, não existe uma relação direta entre cM e
número de pares de bases (pb) pois a freqüência de
recombinação é influenciada por muitos fatores.

34. Mapeamento cromossômico
 Mapas em bactérias combina as técnicas de
mapeamento de conjugação interrompida,
mapeamento de recombinação, transformaçao e
transdução.
 Mapas atuais são utilizados linhagens de Hfr que
transferem a partir de pontos diferentes do
cromossomo.
 Em 1963, o mapa de E. coli já detalhava 100 genes,
em 1990 mais de 1.400 genes

35. Mapa genetico de 1963 de E. coli

37. Fatores de recombinação
 Dentre os fatores ambientais, os que mais alteram as taxas de permuta
genética são: ‘status’ iônico celular, nutrição, idade e temperatura
 Em estudos de mapeamento, no entanto, deve-se manter o ambiente o
mais homogêneo possível para assegurar a confiabilidade dos dados
obtidos.
 A freqüência de recombinação varia significativamente ao longo dos
cromossomos, ocorrendo muito mais recombinação nas regiões
medianas dos cromossomos que em regiões estruturais como
centrômeros e telômeros.
 A escolha dos cruzamentos utilizados para mapeamento genético deve
ser criteriosa, pois a freqüência de recombinação é extremamente
dependente dos genótipos parentais.