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Genética Moderna (Pós-Mendeliana)
Disciplina: Fundamentos de Genética e Biologia Molecular
Turma: Fisioterapia (1o Ano)
E-mail: [email protected]
Blog: http://marilandabellini.wordpress.com
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Primeira Geração – F1
EXPERIMENTOS DE MENDEL
Cruzamento Recíproco
Primeira Geração – F1
Parental ♀Parental ♂
F1
Parental ♀Parental ♂
F1
Aula 03
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EXPERIMENTOS DE MENDEL
Segunda Geração – F2
Autopolinização
Proporção 3:1
Indivíduo F1
Aula 03
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2ª. LEI DE MENDEL
A proporção de 9:3:3:1 é simplesmente a combinação aleatória de duas proporções independentes de 3:1, assim:
� 315+108=423 lisas 3:
� 101+32=133 rugosas 1� 101+32=133 rugosas 1
� 315+101=416 amarelas 3:
� 108+32=140 verdes 1 F2: 315 lisas, amarelas 9:108 lisas, verdes 3:101 rugosas, amarelas 3:32 rugosas, verdes 1= =
556 16Aula 03
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Genética Moderna
“ Quando vários genes determinam o mesmocaráter e interagem entre si de várias
formas”formas”
Vários fenótipos são gerados
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Genética Moderna
• Heranças que se afastam dos processos descritos por Mendel em seus trabalhos.
• As proporções fenotípicas ≠ proporções clássicas da genética mendeliana.
• Interação Gênica (não-Alélica), Epistasia, Pleiotropia e Herança Multifatorial (Quantitaiva).
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Interação Gênica (Não-alélica)
Quando vários pares de genes não-alelosgenes não-alelospodem interagir na determinação de um caráter hereditário.
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CONCEITOS BÁSICOS:
Alelos:Formas alternativasFormas alternativasde um mesmo gene. Ex. A e a
Aula 03
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Interação Gênica (Não-alélica)
Simples (Herança complementar)
• Ocorre quando dois ou mais pares de genes não-• Ocorre quando dois ou mais pares de genes não-alelos se associam (interagem) determinando um dada característica.
• Os genes tem segregação independente, porém não se manifestam independentemente.
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Interação-Gênica (Não-alélica)Simples (Herança Complementar)
Exemplos Clássico
• Crista rosa: presença do gene R,
Tipo de Crista de Galo
• Crista rosa: presença do gene R, ausência do gene E.
• Crista ervilha: presença do gene E, ausência do gene R.
• Crista simples: ausência dos genes E e R.
• Crista noz: presença dos gene E e R.
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Interação-Gênica (Não-alélica)Simples (Herança Complementar)
Exemplos Clássico
X =
F1P
Tipo de Crista de Galo
F2
Noz: RREE Simples: rree Noz: RrEe
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Interação-Gênica (Não-alélica)Simples (Herança Complementar) (9:6:1)
Exemplos Clássico Formato da Abóbora
• Esférico: presença do gene A, ou do gene B.ou do gene B.
A_bb
aaB_
• Alongada: ausência dos genes Ae B.
aabb
• Discóide: presença dos gene A e B.
A_B_
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Interação-Gênica (Não-alélica)Simples (Herança Complementar) (9:6:1)
Exemplos Clássico Formato da Abóbora
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Interação-Gênica (Não-alélica)Simples (Herança Complementar) (9:7)
Exemplos Clássico Surdez
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Interação-Gênica (Não-alélica)Simples (Herança Complementar) (9:7)
Exemplos Clássico Surdez
♂♂
♀♀EDED EdEd eDeD eded
• Recessiva
• presença do par gênico
EeDd x EeDd
♀♀EDED EdEd eDeD eded
EDED EEDDEEDD EEDdEEDd EeDDEeDD EeDdEeDd
EdEd EEDdEEDd EEddEEdd EeDdEeDd EeddEedd
eDeD EeDDEeDD EeDdEeDd eeDDeeDD eeDdeeDd
eded EeDdEeDd EeddEedd eeDdeeDd eeddeedd
• presença do par gênico dd� Não forma Cóclea.
• presença do par gênico ee�Não forma nervo auditivo.
E_dd
eeD_
eedd
• Proporção: 9:7
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Epistasia
• Ocorre quando um gene ou par de genes impede (ou mascara) a manifestação de outro gene (s) não alelo (s) e independente.outro gene (s) não alelo (s) e independente.
• A epistasia pode ser dominante ou recessiva.
Epistático � impede
Hipostático � impedido
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HERANÇA MONOGÊNICA
CONCEITOS BÁSICOS
� Herança Monogênica: É o tipo de herança determinada por um único gene
� Alelo Dominante
� Quando seu efeito se faz notar, mesmo que ocorra em dose simples.
� Alelo Recessivo
� Quando para manifestar seu efeito deve estar em dose dupla.
� Alelos Codominantes� Quando dois alelos influem de maneira detectável sobre o
fenótipo ( Ex: sistema ABO)
Aula 03
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EpistasiaDominante (13:3)
Exemplos Clássico Cor da plumagem de galináceos
• Gene I� epistático sobre gene C.
• Gene C�Hipostático em relação à I• Gene C�Hipostático em relação à I� penas coloridas.
C_ii
• Gene c � penas brancas.cc__C_I_
Apenas um I inibe a pigmentação �Dominante
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EpistasiaDominante (13:3)
Exemplos Clássico Cor da plumagem de galináceos
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EpistasiaDominante (12:3:1)
Exemplos Clássico Cor da pelagem em cães
• Gene I� epistático sobre genes B e b.
� Pelagem caramelo
B_I_B_I_
bbI_
• Gene B�Hipostático em relação à I
� Pelagem preta.
B_ii
• Gene b �Hipostático em relação à I � Pelagem chocolate
bbii
Apenas um I inibe a pigmentação �Dominante
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EpistasiaDominante (12:3:1)
Exemplos Clássico Cor da pelagem em cães
X
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EpistasiaDominante (12:3:1)
Exemplos Clássico Cor de abóboras
• Gene I� Epistático sobre genes V e v.
� coloração branca
V_I_V_I_
vvI_
• Gene V�Hipostático em relação à I
� Coloração amarela.
V_ii
• Gene v �Hipostático em relação à I � coloração verde.
vvii
Apenas um I inibe a pigmentação �Dominante
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EpistasiaDominante (12:3:1)
Exemplos Clássico Cor do fruto de abóboras
branco X verdes
VVII vvii
F 1 : 100% branco
VvIi
F1 X F1
F2:
branco 12/16 __I_
amarelo 3/16 V_ii
verde 1/16 vvii
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EpistasiaRecessiva (9:3:4)
Exemplos Clássico Cor da pelagem de Ratos
• Par Gênico cc� Epistático sobre genes B e b.� Pelagem branca
B_ccB_ccbbcc
• Gene B�Hipostático em relação ao par ii� Pelagem aguti (parda)
B_C_
• Gene b�Hipostático em relação ao par ii � Pelagem preta
bbC_
i precisa estar em homozigose para inibir a pigmentação �Recessivo
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EpistasiaRecessiva (9:3:4)
Exemplos Clássico Cor da Pelagem de Ratos
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Epistasia em HumanosFenótipo Bombaim
•Presença dos Alelos do sistema ABO (IA e IB), mas não produção dos antígenos (anti-A e anti-B)•Presença do gene h em homozigose� falso O
• hh� Epistáticoem relação à IA e IB
h precisa estar em homozigose para inibir produção de antígenos� Recessivo
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Pleiotropia
• do grego, pleion = mais numeroso e tropos = afinidade.
• Um gene (ou par gênico) pleiotrópico�
mais do que uma característica fenotípica que aparentemente não estão relacionadas.
• Efeito múltiplo de um gene.
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Pleiotropia
Humanos
• Síndrome de Laurence-Moon-Biedl-Bardet :
• Herança Autossômica recessiva
• Diversas mutações• Diversas mutações
• 1:17.500 a 1:160.000
▫ obesidade,
▫ problemas renais,
▫ hipogonadismo,
▫ dificuldade de aprendizado,
▫ dificuldade no desenvolvimento emocional,
▫ polidactilia.
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
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Pleiotropia
Humanos
• Síndrome de Marfan:
• 15q2.1 � Dominante
• Expressividade Variável
• 1/10.000• 1/10.000
▫ estatura elevada,
▫ escoliose,
▫ braços e mãos alongadas,
▫ deformidade torácica,
▫ prolapso de válvula mitral,
▫ dilatação da aorta,
▫ miopia,
▫ luxação do cristalino.
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
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Pleiotropia
Humanos
• Fenilcetonúria:
• 12q24.1 � Recessiva
• Erro Inato do Metabolismo
▫ Retardo mental ,▫ Retardo mental ,
▫ Microcefalia,
▫ Hipopigmentação da pele, cabelos e olhos,
▫ Irritabilidade,
▫ Epilepsia,
▫ Déficit do crescimento somático pós-natal,
▫ Distúrbios do comportamento,
▫ Outras alterações neurológicas (tremores, hipertonia, hiper-refelixa tendinosaprofunda.
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
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Pleiotropia Humanos
• Anemia Falciforme
• 16q24.3 � recessiva
1 gene
sistemas diferentes
pleiotropia.
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Herança Quantitativa (multifatorial, poligênica ou cumulativa)• Dois ou mais pares de genes independentes (não alelos) � a mesma característica
• Somatória de efeitos
• Determinar diversas intensidades fenotípicas intermediárias.
• Características que variam quantitativamente (peso, altura, coloração).
• Os fenótipos variam de modo contínuo e não contrastante. Herança sem dominância, onde AaBB é diferente de AABB.
• Para se saber o número de fenótipos ou quantos pares de genes estão envolvidos são utilizados modelos matemáticos
número de poligenes = número de fenótipos - 1
número de fenótipos = número de poligenes + 1
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Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele
• s ou t = produção mínima de melaninaS ou T = intensificam a produção de melanina
• sstt� branco (quantidade mínima de melanina)
• Sstt / ssTt�mulato claro (efeito acrescentador de + 1 gene)
• SsTt / SStt / ssTT�mulato médio (efeito acrescentador de 2 genes)
• SSTt / SsTT�mulato escuro (efeito acrescentador de + 3 genes)
• SSTT � negro (efeito acrescentador de + 4 (todos) genes)
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Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele
• Cálculos:
• número de fenótipos = número de genes + 1• número de fenótipos = número de genes + 1
5 = no Genes + 1
no Genes = 4 (ou dois pares)
• no de classes genotípicas = 3n ,
n = no de pares de genes.
no classes genotípicas. = 32
• no Classes genotípicas = 9 classes
(sstt, Sstt, ssTt, SsTt, SStt, ssTT, SSTt, SsTT e SSTT).
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Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa)
Triângulo de Pascal
1
1 1
1 2 1
Linha =
Número de fenótipos :
Cor da Pele (1:4:6:4:1)
Triângulo de Pascal1 2 1
1 3 3 1
1 4 6 4 15ª linha = 5 fenótipos
Negro
Mulato escuro
Mulato médio
Mulato claro
branco
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Herança Quantitativa multifatorial, poligênica ou cumulativa)
Cor da Pele
• Quando cruzamos dois indivíduos com fenótipos extremos, 100% da prole será composta por indivíduos com fenótipo intermediário. Quando cruzamos indivíduos heterozigotos, aparecem na geração subseqüente cruzamos indivíduos heterozigotos, aparecem na geração subseqüente todos os genótipos possíveis, obedecendo a uma distribuição normal.
• Exemplo: SsTt (mulato médio) x SsTt (mulato médio)
na descendência tem-se:
• 1 branco,
• 4 mulatos claros,
• 6 mulatos médios,
• 4 mulatos escuros,
• 1 negro.
1
2
3
2
1
Negro
Mulato Escuro
Mulato Médio
Mulato Claro
Branco
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4
5
6
7
8
mulato escuro
mulato médio
mulato claro
prop
orçã
o fe
notíp
ica
0
1
2
3
negroBranco
prop
orçã
o fe
notíp
ica
Classes fenotípicas
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Exercício
• Em certa espécie vegetal, a altura dos indivíduos determinada é por dois pares de alelos de efeito aditivo e segregação independente: cada alelo Pe R determina 20cm de altura e cada alelo p e rdetermina 10cm. Assim, os indivíduos PPRRdetermina 10cm. Assim, os indivíduos PPRRtêm 80cm e os indivíduos pprr, 40cm. Esquematize o cruzamento entre heterozigotos PpRr, indicando as alturas dos progenitores e dos descendentes.
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PpRr = (20cm + 10cm + 20cm + 10cm) = 60 cm
P
P
RR PPRR (20cmx4) 80 cm
r PPRr (20cm x 3) +10cm) 70 cm
rR PPRr (20cm x 3) +10cm) 70 cm
r PPrr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm
p
RR PpRR (20cm x 3) +10cm) 70 cm
r PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm
Ex: Método da Linha Bifurcada.
Outra possibilidade é o Quadro de Punet
rR PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm
r Pprr 20cm + (10cm x 3) 50 cm
p
P
RR PpRR (20cm x 3) +10cm) 70 cm
r PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm
rR PpRr (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm
r Pprr 20cm + (10cm x 3) 50 cm
p
RR ppRR (20cm x2) + (10cmx2) 60 cm
r ppRr 20cm + (10cm x 3) 50 cm
rR ppRr 20cm + (10cm x 3) 50 cm
r pprr (10cmx4) 40 cm
Ex: Método da Linha Bifurcada.
Outra possibilidade é o Quadro de
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Genética de Populações
• Estuda, matematicamente, as freqüências dos genes em uma população e as forças evolutivas que as modificam.
• Pool Gênico: genes comuns a uma mesma população, acervo genético ou gene pool.
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Genética de Populações
• Uma população estará em equilíbrio genético quando seu pool gênico se mantiver inalterado por gerações sucessivas.por gerações sucessivas.
• Havendo alterações no acervo gênico, se diz que a população está evoluindo.
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Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• 1908
• matemático inglês Godfrey H. Hardy
• médico alemão WilhemWeinberg
• Em duas gerações a população atingiu um estadode equilíbrio, chamado deHardy-Weinberg
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Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• Em populações infinitamente grandes, comcruzamentos ao acaso, que não estiverem sofrendocruzamentos ao acaso, que não estiverem sofrendoinfluência dos fatores evolutivos (mutações,seleção natural, migrações, etc...), não haveráalteração do pool gênico, isto é, as freqüênciasgênicas e genotípicas se manterão constantes.
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Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• As frequências de alelos e genótipos serãoconstantes ao longo das gerações quando umaconstantes ao longo das gerações quando umapopulação apresentar:
▫ Uma grande número de indivíduos;
▫ Reprodução aleatória;
▫ Nenhuma seleção;
▫ Nenhuma mutação;
▫ Não apresentar migração entre populações.
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Genética de Populações
Teorema de Hardy-Weinberg
• A reprodução sexuada, em si, não traz mudançasevolutivas;evolutivas;
• Mudanças nas frequências dos alelos surgemsomente de forças externas atuando no pool gênicode uma população
• A maioria das populações naturais foge aoequilíbrio de Hardy-Weinberg
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Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
• Numa população em equilíbrio, para uma determinada característica existem dois genes, o dominante (A) e o recessivo (a).
• A soma das freqüências dos dois genes (freqüência gênica) na população é 100%.
f(A) + f(a) = 100%
• Sendo, f(A) = p e f(a) = q, então:
p + q = 1
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Genética de Populações
Equilibrio de Hardy-Weinberg
• Na mesma população existem 3 genótipos possíveis: homozigoto dominante (AA), heterozigoto (Aa) e homozigoto recessivo (aa).
• A soma das freqüências do 3 genótipos (freqüência genotípica) na população é 100%.
f(AA) + f(Aa) + f(aa) = 100%
• Sendo, f(AA) = p2, f(Aa) = 2pq e f(aa) = q2, então:
p2 + 2pq + q2 = 1
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Como saber se a população está em Equilíbrio de Hardy-Weinberg?
Modelo Matemático
(a+b)n
(A+a)2
p2 + 2pq + q2 = 1
Frequências Genotípicas
p2 = Frequência (AA)
f (A) f (a)
f (A) AA Aa
f (a) Aa aa
(A+a)2
(p+q)2
p= Frequência alelo (A)
q= Frequência alelo (a)
p2 = Frequência (AA)2pq = Frequência (Aa)q2 = Freqüência (aa)
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Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Aplicações
• Uma população em equilíbrio está assim distribuída para um determinado par de alelos:
• Quais as freqüências gênicas e genotípicas?
AA 640 indivíduos
Aa 320 indivíduos
aa 40 indivíduos
Total 1.000 indivíduos
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Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Aplicações
• Freqüências Gênicas:
• Número total de genes (A+a) = 2.000
• Número de genes A = (640x2) + 320 � 1.280 + 320 = 1.600
• Número de genes a = (40x2) + 320 � 80 + 320 = 400
• f(A) = p = 1.600/2.000 = 0,8 ou 80%
• f(a) = q = 400/2.000 = 0,2 ou 20%
AA 640 indivíduos
Aa 320 indivíduos
aa 40 indivíduos
Total 1.000 indivíduos
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Genética de Populações
Equilíbrio de Hardy-Weinberg
Aplicações
• f(A) = p = 0,8
• f(a) = q = 0,2
• f(AA) = p2 = (0,8)2 = 0,64 ou 64%
• f(Aa) = 2pq = 2(0,8x0,2) = 0,32 ou 32%
• f(aa) = q2 = (0,2)2 = 0,04 ou 4%
AA 640 indivíduos
Aa 320 indivíduos
aa 40 indivíduos
Total 1.000 indivíduos
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Genética de PopulaçõesEquilíbrio de Hardy-Weinberg
Teste do Qui-Quadrado
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Genética de PopulaçõesEquilíbrio de Hardy-Weinberg
Teste do Qui-Quadrado
Teste χ2
Frequência Frequência Esperada χ2FrequênciaObservada (FO)
Frequência Esperada(FE = frequencia genotípica x Total)
χ2(FO-FE)2/FE
AA 640 p2x1000 = (0,64x1000)= 640 0
Aa 320 2pqx1000 (0,32x1000)= 320 0
aa 40 q2x1000( 0,04x1000)= 40 0
Total 1000 1000 0
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No Genótipos -1
Nível de Significância (%)
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Genética de PopulaçõesEquilíbrio de Hardy-Weinberg
Teste do Qui-QuadradoTeste χ2
FrequênciaObservada (FO)
Frequência Esperada(FE = frequencia genotípica x Total)
χ2(FO-FE)2/FE
AA 640 p2x1000 = (0,64x1000)= 640 0
Aa 320 2pqx1000 (0,32x1000)= 320 0
aa 40 q2x1000 (0,04x1000)= 40 0
Total 1000 1000 0
Como Qui2 obs (0,000) < Qui2 Tab (0,020) = População em equilíbrio
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Determinação das frequências alélicas e genotípicasHerança Codominante
Ex: Grupo sanguíneo MNMM = 355 indivíduos; MN = 473 indivíduos; NN = 172 indivíduos
Cálculo as freqüências alélicas
M = pp= [2 x (no indivíduos MM)] + (no indivíduos MN)
2 x (somatório no indivíduos)
Cálculo das frequênciasgenotípicas
2 x (somatório no indivíduos)
p= (2x355) + 473� p=0,5915 � f (M)=0,59152 x 1000
N = qq= [2 x (no indivíduos NN)] + (no indivíduos MN)
2 x (somatório no indivíduos)
q= (2x172) + 473� q=0,4085 � f (N)=0,40852 x 1000
Ou, (p+q)=1 � (0,5915+q)=1 � q = 0,4085
MM = p2
0,59152 = 0,3499
MN = 2pq 2 x 0,5915 x 0,4085 = 0,4832
NN = q2
0,40852 = 0,1669
∑= 1, 0000
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Essa população está em Equilíbrio de Hardy-Weinberg?Herança CodominanteTeste χ2
FrequênciaObservada (FO)
Frequência Esperada(FE) *
χ2 **
MM 355 (0,3499x1000)= 350 0,071
MN 473 (0,4832x1000)= 483 0,207
NM 172 (0,1669x1000)= 167 0,150
Total 1000 1000 0,428
0,75 < P < 0,90 � População em Equilíbrio
*Frequência Esperada = Frequência genotípica x somatório no indivíduos
**χ
2
= (FO – FE)
2
FE
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Determinação das frequências alélicas e genotípicas - Herança Dominante
Ex: Sensibilidade ao PTCSensíveis (II ou Ii) = 46 indivíduos; Insensíveis (ii) = 11 indivíduos
Cálculo as freqüências alélicas Cálculo das frequências genotípicas
i = q
q2 = 11 � q = V0,1929 �q = 0,4392
57
I = pp= (1 – q) �p = (1-0,4392) � p= 0,5608
II = p2
0,56082 = 0,3158
Ii = 2pq2 x 0,5608 x 0,4392 = 0,4913
ii = q2
0,43922 = 0,1929
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Determinação das frequências alélicas e genotípicas - Alelos Múltiplos
Ex: Sistema Sanguíneo ABOA (IA IA ou IAi) = 4791 indivíduos; B (IBIB ou IBi) = 1032 indivíduos; O
(ii) = 5150 indivíduos; AB (IA IB) = 362 indivíduos
(a+b+c)Frequências Genotípicas
p2 = (IA IA) = 0,2622 = 0,067
IA = p
IB = q
Frequências Alélicas
(IA+IB+i)
(p+q+r) = 1
p2 = (IA IA) = 0,2622 = 0,067q2= (IBIB) = 0,0642 = 0,005r2= (ii) = 0,6742 = 0,4542pq = (IA IB) = 2x 0,262 x 0,064 = 0,0342pr = (IAi) = 2 x 0,262 x 0,674 = 0,3532qr = (IBi) = 2 x 0,064 x 0,674 = 0,087
IB = q
i = r
O = r2 = ii = 5150r = 5150 � 0,674V 11335
(A + O) = (p + r)2
p+r = V (A+O)p = V (A+O) – rp = V 4791+5150 – 0,674
11335p = 0,262
p+q+r = 1 � q = 1 – (p+r)q = 1 – (0,674 + 0,262) � q = 0,064
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Determinação das frequências alélicas e genotípicas - Herança Ligada ao SexoEx: Gene recessivo Ligado ao X40% mulheres, 60% homens
Homens Mulheres40% = XaY 16% = XaXa
60% = XAY 84% = XA
X-
Cálculo das frequênciasgenotípicas femininas
XaXa = q2
Cálculo as freqüências alélicas
XA = pp= f (XAY) = 0,6
Xa = qq= f (XaY) = 0,4
X- XaXa = q2
0,42 = 0,16
XA Xa = 2pq2 x 0,6 x 0,4 = 0,48
XA XA = q2
0,62 = 0,36
∑= 1, 0000
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*PLEIOTROPIA
Característica 1Característica 2Característica 3Característica n
QUANTITATIVA
Genes diferentes adicionam valores ao
fenótipo, que apresenta
variação na intensidade.
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Referências
�NUSSBAUM, R.L.; MCINNES, R.R. & WILLARD, H.F. Thompson e Thompson WILLARD, H.F. Thompson e Thompson Genética Médica. 7ª ed.,Elsevier, 2008.
�SNUSTAD, P.; SIMMONS, M.J. Fundamentos de Genética. 4ª ed., Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2008.