MUTAÇÕES

· Produção: Laboratório de Bioinformática · Aplicativo suporte: Programa GBOL – Genética Básica on line · Comunidade (facebook): GbolNews

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Tópicos

Conceito

Origem

Agentes Mutagênicos

Aspectos Gerais

Mutações e o Melhoramento

Taxa de Mutação

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CONCEITO

Mutações gênicas são mudanças repentinas que ocorrem nos genes, ou seja, é o processo pelo qual um gene sofre uma mudança estrutural. As mutações distinguem-se das aberrações por serem alterações em nível de ponto, envolvendo a eliminação ou substituição de um ou poucos nucleotídeos da fita de DNA.

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ORIGEM


Adição ou subtração de bases

A adição ou subtração de bases altera o código genético, definido pela seqüência de três bases adjacentes no mRNA e, conseqüentemente, poderá alterar o tipo de aminoácido incluído na cadeia protéica; em última analise, poderá alterar a expressão fenotípica.

Substituição de bases

A substituição de uma purina (adenina e guanina) por outra purina, ou de uma pirimidina (citosina e timina) por outra pirimidina é denominada transição. A substituição de uma purina por uma pirimidina, ou vice-versa é denominada de transversão.

Exemplo: Fita 1 original e fita 2 mutante:

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AGENTES MUTAGÊNICOS

Os agentes mutagênicos são de natureza química ou física. A seguir são descritos alguns agentes e suas ações.

Agentes Físicos

a)Temperatura

Em determinados organismos, a variação de 10 ºC pode duplicar a taxa de mutação.

b)Radiações

b1)Ionizantes

São os raios X, alfa, beta e gama. Atuam alterando a valência química, através da ejeção (expulsão) de elétrons. A taxa de mutação é geralmente proporcional à dosagem de irradiação (principalmente no caso de raio X). Esta regra se aplica à quantidade de danos, mas não à qualidade deles. Uma única mutação poderá ser de importância vital para o organismo.

No homem, quando a dosagem é inferior à 50 mR (miliroentgens) não se percebe qualquer lesão imediata, embora alguns efeitos nocivos ocultos possam ocorrer como a indução de leucemia e redução do tempo de vida.

b2)Excitantes

São os raios que atuam aumentando o nível de energia do átomo, tornando-os menos estáveis. O exemplo típico é o ultravioleta que provoca dímeros de timina através de ligações covalentes. Os raios ultravioleta não penetram tão bem quanto os raios X, mas são prontamente absorvidos por alguns pontos específicos do indivíduo.

Agentes Químicos

Existem várias substâncias químicas com efeito mutagênico, dentre elas pode-se citar o HNO₂, o hidroxilamina e a cafeína. O ácido nitroso e a hidroxilamina (NH₄)OH atuam provocando substituição de bases.

A cafeína, por exemplo, é um derivado da purina; várias purinas foram indicadas como substâncias que causam quebras nos cromossomos de plantas e bactérias. Por esse motivo, sempre houve grande interesse pela cafeína, por causa da grande quantidade que o homem civilizado ingere por meio do chá ou café.

Em experimentos com ratos não foi encontrada nenhuma quebra de cromossomos quando eles foram tratados com doses máximas toleráveis. Quando células humanas, em cultura de tecido, foram expostas à solução de cafeína, foram encontradas algumas quebras cromossômicas. Foi relatado que havia evidências de que a cafeína tem um efeito mutagênico fraco.

Em bactérias descobriu-se que a adenosina, constituinte do ATP anulava a ação da cafeína e de outros derivados de purinas. Ela também reduz a quantidade de mutações espontâneas.

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ASPECTOS GERAIS

Origem de novos alelos

A mutação proporciona o aparecimento de novas formas de um gene e, conseqüentemente, é responsável pela variabilidade gênica. Entretanto, o processo de melhoramento, via mutação, não é muito usado por ser caro, trabalhoso e de resultado incerto. Em caso de necessidade, é mais fácil fazer uso da variabilidade genotípica obtida pelos processos meióticos do que tentar gerar variabilidade gênica.

Podem ser reversíveis

As mutações podem se reverter, mas a mutação nos dois sentidos não ocorre com a mesma taxa. A reversão requer uma mudança especifica, mas a mudança original pode ocorrer em qualquer um dos nucleotídeos da estrutura do gene. Em mutações espontâneas tem sido verificado que u (taxa de mutação) é aproximadamente 10 vezes superior a v (taxa de retromutação).

Mutações espontâneas vs induzidas

As mutações serão ditas espontâneas quando as causas que deram origem à alteração no DNA são desconhecidas. Quando se conhece a causa, diz-se que a mutação foi induzida. Em geral, as mutações espontâneas ocorrem em proporção de 1/10⁶ a 1/10⁵. Por meio da indução pode-se aumentar a freqüência da mutação, mas, de maneira geral, não se pode orientá-la no sentido desejado.

Exemplo de uma mutação espontânea vantajosa é o cultivar de soja Viçoja mutante originado de plantações de soja. Nessas plantações surgiu uma planta mais alta, tardia e que não segregou, dando origem, posteriormente, ao cultivar UFV - 1.

Podem ser recorrentes

Como as mutações se repetem tanto no tempo como no espaço, podemos associá-las a determinadas taxas, e deduzirmos teoricamente o seu efeito como agente de alterações da freqüência gênica de uma população.

Podem ser hereditárias

A mutação será hereditária quando atingir uma estrutura gamética ou qualquer órgão que venha contribuir para a formação da geração descendente. Uma mutação somática poderá ser transmitida de geração a geração, quando a espécie contar com algum processo que permita a multiplicação da mutação na área somática. Esse fato é freqüente quando a espécie conta com qualquer processo de propagação vegetativa.

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MUTAÇÕES E O MELHORAMENTO

O processo evolutivo consiste basicamente em concentrar em uma população indivíduos com maior freqüência de genes favoráveis. Um organismo evoluído é resultante de um processo de seleção, no qual as mutações que lhe eram vantajosas foram preservadas. Portanto, para esses indivíduos é pouco provável que alterações aleatórias nos genes possam contribuir para melhorias, uma vez que o organismo já se encontra em estágio avançado de seleção. Assim, de maneira geral, considera-se que a maioria das mutações é prejudicial.

A mutação é responsável pela variabilidade gênica e, por extensão, pela variabilidade genotípica. Ela fornece a matéria prima para o processo evolutivo e, em algumas situações, é fundamental para o melhoramento, cujo sucesso depende da existência de variabilidade. Entretanto, os organismos mais evoluídos apresentam grande diversidade de germoplasma (conjunto de DNA), que, associado ao processo meiótico, tem fornecido materiais adequados às exigências dos programas de melhoramento.

O uso de agentes mutagênicos é caro, trabalhoso e de resultado incerto. Seu uso tem se justificado quando não mais existe variabilidade no germoplasma.

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TAXA DE MUTAÇÃO

Pode-se calcular a taxa de mutação dos alelos para os diversos caracteres avaliando cruzamentos específicos. Como ilustração, será considerado o estudo da taxa de mutação do alelo a para A, que controla a cor da flor em uma espécie vegetal. Nessa espécie, a condição A_ determina as flores vermelhas e aa as flores brancas.

Cruzamento entre plantas de flores brancas, considerando a ocorrência de mutação de a para A igual a u, produzem descendentes com a seguinte freqüência genotípica e fenotípica:

Brancas (aa) x Brancas (aa)

Gametas	A (u)	a (1-u)
A (u)	AA u²	Aa u(1-u)
a (1-u)	Aa u(1-u)	aa (1-u)²

Dessa forma, espera-se encontrar a seguinte relação fenotípica:

Fenótipos	Freqüências
Vermelhas	u²+2u(1-u)
Brancas	(1-u)²

Como ilustração, será considerado um experimento em que foi avaliada a descendência do cruzamento entre plantas de flores brancas. Foram observadas 498 plantas de flores brancas e duas de flores vermelhas. Admitindo-se que as plantas de flores vermelhas são mutantes, pode-se afirmar que:

f(Observado de plantas de flores brancas) = 498/500

f(Esperado de plantas de flores brancas) = (1 - u)²

Considera-se que:

(1-u)² = 498/500

Obtém-se:

u = 1/500

ILUSTRAÇÃO (Gbol)

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