Alelos letais, pleiotropia e outras variações

Os seres vivos, durante seu desenvolvimento, sofrem mutações aleatórias de onde surgem variedades genéticas. Essas variações, por vezes, podem levar à morte do portador do gene antes mesmo de seu nascimento ou antes de atingir a maturidade sexual. A essa variação dos genes chamamos alelos letais, os responsáveis por determinar características que podem conduzir o portador deles à morte. Um outro fenômeno importante, dentro da genética, é a pleiotropia, que consiste em um fenômeno em que um par de genes alelos condiciona o aparecimento de várias características no mesmo organismo. Para entender esses eventos, precisamos entender como funciona a transmissão de genes entre a geração parental e seus descendentes. Desta forma, é necessário e importante entender a Primeira Lei de Mendel, suas consequências e variações, pois nem sempre as associações dos genes são favoráveis.

Primeira Lei de Mendel ou Lei da segregação dos fatores.

O biólogo Johann Gregor Mendel foi o primeiro cientista a lançar as bases da genética. Ele realizou trabalhos com ervilhas-de-cheiro (Pisum sativum), para estudar a primeira transmissão de características, analisando cruzamentos e descendências, que revelaram uma explicação aceita até os dias de hoje.

Para que seu estudo tivesse eficiência, era necessária a escolha de um bom material, que possuísse algumas características especificas, tais como: ser de fácil cultivo e pouco exigente quanto à nutrição e ao espaço; deveria gerar um grande número de descendentes, para que os resultados obtidos tivessem validade estatística; deveria alcançar a maturidade sexual rapidamente, para que o pesquisador pudesse observar várias gerações sucessivas em um espaço curto de tempo.

Por possuir todas essas qualidades e características, Mendel escolheu as ervilhas-de-cheiro. Ainda, além de todas as qualidades anteriormente assinaladas, as ervilhas-de-cheiro possuem uma característica adicional: suas flores só realizam autofecundação, ou seja, os gametas femininos de uma flor só podem ser fecundados por gametas masculinos da mesma flor, o que facilitaria os seus trabalhos, pois retirava a possibilidade dos cruzamentos acontecerem ao acaso. Contudo, isso fazia com que os experimentos fossem realizados de forma artificial: Mendel retirava o pólen de uma flor e o colocava sobre o sistema reprodutor feminino de outra flor. Desses experimentos, derivou-se o que  ficou conhecido como a Primeira Lei de Mendel ou a Lei da segregação dos fatores, como veremos a seguir.

Mendel realizava seus experimentos com plantas puras, escolhendo uma característica, por exemplo, plantas puras de sementes amarelas com plantas puras de sementes verdes, e realizava o cruzamento. A primeira geração foi denominada parental ou geração P. Desse cruzamento ele obteve todas as sementes de cor amarela, denominando-as como geração F1 e seus indivíduos foram chamados de híbridos, pois eles eram descendentes de pais com características diferentes. Após a geração F1, Mendel realizou uma autofecundação entre os indivíduos da geração F1, chamando essa segunda geração de F2, obtendo como resultado três sementes amarelas e uma verde (proporção 3:1). De todos os experimentos realizados, Mendel concluiu que como a cor verde não apareceu na geração F1, mas reapareceu na F2, as sementes de cor amarelas tinham um fator dominante e as verdes um fator recessivo. Mendel realizou outros diversos experimentos, observando características diferentes na planta, como altura da planta, cor da flor e notou que algumas características sempre se sobressaiam sobre outras.

Assim, a Primeira Lei de Mendel determina que uma característica de um indivíduo é resultado da combinação de dois fatores, derivados dos pais. Estes fatores, por sua vez, são separados na fase de formação de gametas, de forma que cada pai transmite apenas um dos fatores do par herdado por seus descendentes.

Alelos letais

Existem genes capazes de provocar transtornos metabólicos e até a morte de um indivíduo, os alelos letais. Isso pode acontecer, por exemplo, se ele não expressar uma substância crucial para o funcionamento do organismo daquele indivíduo, como a clorofila na planta, por exemplo.

Os alelos letais foram descobertos com experiências com camundongos: existe um alelo recessivo (c), que determina um fenótipo cinzento para pelagem, e um alelo dominante (C), que proporciona pelagem amarela. Em um cruzamento entre casais heterozigotos (Cc x Cc), esperava-se, na F1, a proporção de 3/4 de amarelos para 1/4 de cinzentos (3:1), conforme o esquema a seguir.

No entanto, observou-se que a geração descendente apresentava uma proporção de 2/3 de amarelos para 1/3 de cinzentos (2:1). Assim, concluiu-se que indivíduos homozigotos dominantes (CC) eram inviáveis e morriam antes do nascimento. Ou seja, o alelo dominante (C), em homozigose, é letal (ou deletério) e, nesse exemplo, são gerados apenas heterozigotos e homozigotos recessivos (Cc e cc).

Pleiotropia

Pleiotropia é a capacidade que um único gene tem de determinar mais de uma característica fenotípica no indivíduo. Por exemplo, existe um alelo recessivo que condiciona a fibrose cística, que faz com que o fígado e o pâncreas tenham a obstrução de seus canais, o que impossibilita suas secreções, causando esterilidade. Todas essas características são causadas por um único alelo que, em suma, altera diversas características.  Um grande exemplo que temos aqui é a manifestação da pelagem e o grau de agressividade de um camundongo, dois caracteres que são condicionados pelo mesmo par de genes.

Dominância incompleta

É um evento no qual um indivíduo heterozigoto apresenta um fenótipo intermediário. Por exemplo, indivíduos homozigotos VV têm flores vermelhas; homozigotos AA apresentam flores amarelas. Já o heterozigoto VA tem flores alaranjadas, uma cor intermediária entre amarelo e vermelho. A esse evento denominamos dominância incompleta.

Se realizarmos uma sequência típica de cruzamento mendeliano, tal que a geração parental (P) seja de indivíduos de flores vermelhas cruzados com indivíduos de flores amarelas, a F1 resultante terá apenas descendentes alaranjados: (P) VV x AA – (F1) VA; VA; VA; VA.

Ainda, se autofecundarmos a geração F1, obteremos a F2, que possuirá indivíduos com três fenótipos: flores vermelhas (25%), flores laranjas (50%) e flores amarelas (25%) (F1: VA x VA – F2: VV; VA; VA; AA), tendo, portanto, proporção fenotípica de 1:2:1.

Desta forma, podemos dizer que há um comportamento atípico heterozigoto, uma vez que há a presença de uma característica intermediária nas gerações F1 e F2, diferente daquelas apresentadas pelos homozigotos da geração parental P.

Codominância

Determinadas características dependem igualmente de dois alelos para determinação do fenótipo heterozigótico, ou seja, não há um alelo dominante ou um recessivo, mas ambos apresentam o mesmo peso na determinação do fenótipo.

Como exemplo, temos o sistema sanguíneo ABO: o indivíduo AB é heterozigoto em alelos dominantes que condicionam o tipo A e o tipo B. No entanto, não podemos dizer que o tipo AB um fenótipo intermediário entre tipo A e tipo B, pois AB tem características próprias. Para esse tipo de evento, o termo adequado a ser utilizado é codominância e não dominância incompleta.

Gemelaridade

Na gestação, eventualmente dois ou mais embriões se desenvolvem simultaneamente e a esse tipo de evento chamamos de gestações gemelares ou múltiplas. Há dois tipos de gêmeos: os univitelinos e bivitelinos. O primeiro é resultante de um mesmo zigoto (portanto, denominado monozigótico). Sua formação se dá durante a fase embrionária de blástula que, por motivos ainda não bem esclarecidos, se parte em duas, gerando dois embriões geneticamente idênticos, que compartilham as mesmas informações genéticas e a mesma placenta. Nesse caso, as ações ambientais podem influenciar as características fenotípicas. Já o segundo é resultante de zigotos diferentes, podendo ser denominados dizigóticos, tal que cada um forma um embrião com sua própria placenta. Cada embrião se desenvolve, formando indivíduos geneticamente diferentes um do outro, ou seja, que não compartilham a mesma carga genética.

Expressividade variável

Em alguns casos, os genes se manifestam com fenótipos bem distintos. Por exemplo, no caso dos experimentos de Mendel, os genes para a cor das sementes em ervilhas se manifestam com fenótipos bem definidos, ou seja, encontramos sementes amarelas ou verdes. A essa manifestação gênica bem determinada chamamos de variação gênica descontínua, por não haver fenótipos intermediários. No entanto, há herança de características cuja manifestação do gene (também denominamos expressividade do gene) não determina fenótipos bem definidos e há uma gradação de fenótipos. A essa gradação da expressividade do gene, variando desde um fenótipo que mostra uma leve expressão de determinada característica até sua expressão total, chamamos de expressividade variável. Como exemplo, temos a polidactilia (presença de dedos extras), que é determinada por um alelo autossômico dominante. O número normal de dedos é dado pelo alelo recessivo, indivíduos que apresentam alelo dominante para polidactilia podem ter um número variável de dedos extras, de um a quatro. Como o número de dedos extras pode sofrer mudanças, esse alelo possui expressividade variável.

Penetrância completa e incompleta

Penetrância pode ser definida como a porcentagem de indivíduos com determinado alelo que exibem o fenótipo associado a esse alelo. A penetrância abrange dois eventos: completa e incompleta. A primeira se refere ao gene que produz determinado fenótipo em condições favoráveis para que isso ocorra, se expressando em todos seus portadores; já a incompleta se expressa apenas em uma parcela dos indivíduos, de mesma característica genotípica.  Por exemplo, um alelo B (correspondente ao fenótipo de cor preta) apresenta penetrância completa, ou seja, todos os seus portadores manifestam o fenótipo preto. Em contrapartida existe um alelo (nos seres humanos) que causa camptodactilia que determina a formação de dedos curtos e encurvados, esse alelo é dominante e representando por (N) em relação ao alelo que condiciona dedos normais (n). No entanto, apenas uma parcela dos portadores do alelo N manifestam camptodactilia, a esse evento, então, denominamos penetrância incompleta.