Qual evento da meiose auxilia no aumento da variabilidade genética da população?

Variabilidade: Entendendo o crossing-over

A principal consequência da meiose, sem dúvida, é o surgimento da diversidade entre os indivíduos que são produzidos na reprodução sexuada da espécie.

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• Variabilidade: Entendendo o crossing-over
• Qual evento da meiose é responsável pelo aumento da variabilidade genética?
• Qual a maior fonte de variabilidade genética durante a meiose?
• O que acontece na meiose 1 e 2?

A relação existente entre meiose e variabilidade é baseada principalmente na ocorrência de crossing-over.

O crossing é um fenômeno que envolve cromátides homólogas. Consiste na quebra dessas cromátides em certos pontos, seguida de uma troca de pedaços correspondentes entre elas.

As trocas provocam o surgimento de novas sequências de genes ao longo dos cromossomos. Assim, se em um cromossomo existem vários genes combinados segundo uma certa sequência, após a ocorrência do crossing a combinação pode não ser mais a mesma. Então, quando se pensa no crossing, é comum analisar o que aconteceria, por exemplo, quanto à combinação entre os genes alelos A e a e B e b no par de homólogos ilustrados na figura.

Nessa combinação o gene A e B encontram-se em um mesmo cromossomo, enquanto a e b estão no cromossomo homólogo. Se a distância de A e B for considerável, é grande a chance de ocorrer uma permuta. E, se tal acontecer, uma nova combinação gênica poderá surgir.

As combinações Ab e aB são novas. São recombinações gênicas que contribuem para a geração de maior variabilidade nas células resultantes da meiose. Se pensarmos na existência de três genes ligados em um mesmo cromossomo (A, b e C, por exemplo), as possibilidades de ocorrência de crossings dependerão da distância em que os genes se encontram – caso estejam distantes, a variabilidade produzida será bem maior.

Outro processo que conduz ao surgimento de variabilidade na meiose é a segregação independente dos cromossomos. Imaginando-se que uma célula com dois pares de cromossomos homólogos (A e a, B e b), se divida por meiose, as quatro células resultantes ao final da divisão poderão ter a seguinte constituição cromossômica: (a e b), (a e B), (A e b) e (A e B).

A variabilidade genética existente entre os organismos das diferentes espécies é muito importante para a ocorrência da evolução biológica. Sobre essa variabilidade é que atua a seleção natural, favorecendo a sobrevivência de indivíduos dotados de características genéticas adaptadas ao meio. Quanto maior a variabilidade gerada na meiose, por meio de recombinação gênica permitida pelo crossing-over, maiores as chances para a ação seletiva do meio.

Na meiose, a variação da quantidade de DNA pode ser representada como no gráfico, partindo-se, por exemplo, de uma célula que tenha uma quantidade 2C de DNA em G1.

Referência : Moreira, C., (2015) Meiose, Rev. Ciência Elem., V3(4):202
Autor: Catarina Moreira
Editor: José Feijó
DOI: [http://doi.org/10.24927/rce2015.202]

A meiose é um dos principais factores de variabilidade genética, através da combinação da informação contida nos cromossomas homólogos existentes nas células que sofrem este processo, permitindo a produção de células geneticamente diferentes entre si e com metade do número de cromossomas da célula inicial. Este processo é essencial na formação gâmetas em todas as espécies com reprodução sexuada.

A meiose (ao contrário da Mitose) desenrola-se em duas fases, correspondendo cada uma delas a uma divisão do núcleo. Na primeira divisão meiótica que se prolonga da profase até à metafase – meiose I – os cromossomas homólogos, previamente duplicados, condensam e emparelham. Durante este período, os cromatídeos dos cromossomas homólogos estabelecem contacto físico nos pontos de quiasma, onde poderá ocorrer troca de fragmentos entre os cromossomas do par – crossing over. O crossing over é o primeiro factor de variabilidade genética dado o carácter aleatório dos pontos de quiasma formados. O segundo factor de variabilidade – separação ou segregação dos homólogos – ocorre logo após a metafase, no início da anafase com a ascensão polar, de forma aleatória, dos cromossomas homólogos (constituídos ainda por dois cromatídeos). Os núcleos filhos resultantes são já haplóides, constituídos por apenas um cromossoma de cada par de homólogos inicial. A segunda divisão meiótica – meiose II – é semelhante à mitose. Os cromatídeos de cada cromossoma, alinham-se no plano equatorial de cada célula durante a metafase II e seguidamente separam-se ao nível do centrómero e migram aleatoriamente para pólos opostos na anafase II, sendo este um terceiro factor de variabilidade visto os cromatídeos não serem iguais devido ao crossing-over. No final da telofase II temos quatro células haplóides diferentes entre si.

Tal como na mitose, antes da meiose ocorre um período de interfase durante o qual ocorre replicação do material genético e síntese de biomoléculas. O processo de divisão celular inicia-se com uma célula diplóide (2n) que origina quatro células haplóides (n), isto é, as células filhas apresentam metade do número de cromossomas da célula-mãe. Na meiose ocorrem duas divisões sucessivas, designadas divisão I e divisão II.

• Divisão I – divisão reducional – um núcleo diplóide (2n) origina dois núcleos haplóides (n), com metade do número de cromossomas. A esta divisão segue-se, em geral, a citocinese.
• Divisão II – divisão equacional - separa os cromatídeos irmãos das células haplóides anteriormente formadas, sem haver redução no número de cromossomas.

Descrição dos principais acontecimentos da meiose

Interfase – replicação do DNA (durante a fase S), resultando em cromossomas com dois cromatídeos idênticos – cromossomas homólogos.

Meiose I – divisão reducional

• Profase I – etapa mais longa da meiose, que pode demorar anos em alguns organismos;
  • o núcleo das células aumenta de volume, a membrana nuclear e o nucléolo desagregam-se e os cromossomas condensam, ficando mais curtos e enrolados
  • os cromossomas homólogos emparelham, num processo designado por sinapse. Os pontos de contacto entre os cromatídeos emparelhados chamam-se pontos de quiasma
  • os cromossomas homólogos emparelhados designam-se por bivalentes, e aos quatro cromatídeos chama-se tétrada cromatídica.
  • Entre os bivalentes ocorrem trocas de segmentos – crossing over – ao nível dos pontos de quiasma
• Metafase I - os cromossomas homólogos de cada bivalente dispõem-se aleatoriamente na placa equatorial, unidos pelo centrómero às fibras do fuso acromático
  • Ao contrário do que acontece na mitose, não são os centrómeros que se localizam no plano equatorial do fuso acromático mas os pontos de quiasma
• Anafase I – as fibras do fuso acromático retraem, os pontos de quiasma rompem e os os cromossomas homólogos migram aleatoriamente para pólos opostos. Ocorre segregação dos homólogos sem que haja separação dos centrómeros.
  • cada um dos conjuntos cromossómicos que se separam e ascendem aos pólos são haplóides - com metade do número de cromossomas (n) – e possuem informações genéticas diferentes, contribuindo para a variabilidade genética dos novos núcleos
• Telofase I – ao chegarem aos pólos, os cromossomas começam a descondensar, tornando-se finos e longos
  • o fuso acromático começa a desintegrar-se e diferenciam-se os nucléolos e as membranas nucleares, formando dois núcleo haplóides (n)
  • em certas células ocorre a citocinese, originando duas células-filhas individualizadas que seguem com a meiose II após uma curta interfase

Meiose II – divisão equacional

• Profase II – os cromossomas com dois cromatídeos condensam-se (no entanto, em algumas espécies os cromossomas não chegam a descondensar)
  • o fuso acromático forma-se após divisão do centrossoma
  • o nucléolo e a membrana nuclear tornam a desagregar-se
• Metafase II – os cromossomas alinham-se no plano equatorial, presos pelo centrómero às fibras do fuso acromático
• Anafase II – divisão longitudinal do centrómero, com separação dos cromatídeos-irmãos que ascendem aleatoriamente a pólos opostos
  • cada cromatídeo passa a ser considerado um cromossoma
• Telofase II – os cromossomas atingem os pólos e começam a descondensar
  • o fuso acromático desorganiza-se e os nucléolos e as membranas nucleares diferenciam-se, formando quatro núcleos haplóides (n)
  • caso não tenha ocorrido citocinese durante a telofase I, o citoplasma divide-se agora originando quatro células-filhas haplóides

Citocinese Todas as estruturas e organelos distribuem-se equitativamente pelas células-filhas. Este processo difere consoante sejam células vegetais ou células animais. Nas células animais forma-se um anel contráctil de microfilamentos de actina e miosina (proteínas) e as células individualizam-se. Nas células vegetais dá-se ainda a síntese da parede no final da citocinese.

Mitose versus Meiose

São ambos processo de divisão nuclear que ocorrem ao longo do ciclo de vida dos organismos mas apresentam aspectos que os distinguem.

Palavras chave:citocinese, metafase, anafase, telofase, profase, mitose, cromossomas homólogos, crossing-over, sinapse

Materiais relacionados disponíveis na Casa das Ciências:

1. Divisão Celular Assimétrica, veja uma divisão celular que origina duas células diferentes

Criada em 20 de Outubro de 2009
Revista em 10 de Setembro de 2010
Aceite pelo editor em 15 de Setembro de 2010

Qual evento da meiose é responsável pelo aumento da variabilidade genética?

Qual a maior fonte de variabilidade genética durante a meiose?

O que acontece na meiose 1 e 2?