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Rodrigo Martins

Escola

Agrupamento de escolas D.Sancho II Alijó

Drosophila melanogaster

Resumo do trabalho

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Drosophila melanogaster

Transmissão da caraterística cor dos olhos

<Poster>

Introdução

Thomas Morgan com a ajuda dos seus colaboradores desenvolveu, na Universidade de Colúmbia, de 1910 a 1940, variados

Mosca da Fruta

trabalhos experimentais, utilizando a mosca da fruta (Drosophila melanogaster) como material biológico. Entre esses trabalhos estão os relativos à transmissão de características observáveis em cromossomas sexuais. Pelos seus estudos recebeu o prémio Nobel em 1933. (1)

Morgan escolheu a “mosca da fruta” ou “mosca do vinagre” por ser um excelente material biológico, devido às seguintes características: (2)

  • reduzidas dimensões (3 a 4 mm);
  • número elevado da descendência;
  • fácil conservação, alimentação e manuseamento;
  • ciclo de vida curto (12 dias);
  • fácil distinção dos sexos;
  • grande variedade de caracteres e de fácil observação;
  • cariótipo com apenas 4 pares de cromossomas (3 pares de autossomas e 1 par sexual):

Em relação à classificação desta espécie: (3)

  • Filo: ARTHROPODA
  • Classe: INSECTA
  • Ordem: DIPTERA
  • Família: DROSOPHILIDAE
  • Género: Drosophila
  • Espécie: Drosophila melanogaster

Esta apresenta dimorfismo sexual. Constitui um dos materiais biológicos de mais fácil manipulação devido às caraterísticas que permitem a distinção entre machos e fêmeas. Essas características resumem-se no quadro que se segue (quadro I). (4)

Macho Fêmea
Abdómen arredondado. Extremidade do abdómen negro. Presença de um pente sexual na base do metatarso do par de patas anterior. Relativamente à fêmea, o tamanho do macho é maior. Abdómen em bico (ou menos arredondado). Extremidade do abdómen com listas negras e claras intercaladas. Inexistência de pente sexual. Relativamente ao macho, o tamanho da fêmea é menor.

Quadro I- Características distintivas entre machos e fêmeas de Drosophila.

Quanto à morfologia, a Drosophila apresenta o corpo dividido em cabeça, tórax e abdómen. Na cabeça, distinguem-se as antenas, os olhos e as peças bucais; o tórax, que é constituído por 3 segmentos, apresenta 3 pares de patas; o abdómen, possui uma nítida segmentação e é este que constitui o centro de nutrição. (5)

mosca-da-fruta-2

Figura 1- Morfologia da Drosophila melanogaster.

A estirpe selvagem, dominante, apresenta olhos vermelhos, asas longas e corpo cinzento (com listas negras e amarelas no abdómen) (Fig.1). Formas mutantes podem revelar olhos brancos, negros, corpo branco, negro, amarelo, asas vestigiais, asas enroladas, etc (Fig.2). (6)

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Figura 2- Forma selvagem de Drosophila. Figura 3- Forma mutante de Drosophila.

O cariótipo, a Drosophila apresenta 4 pares de cromossomas, dos quais três são autossomas e 1 são cromossomas sexuais, as fêmeas são homogaméticas e machos são heterogaméticos. Os cromossomas são grandes e designados politénicos. Podem obter-se facilmente nas glândulas salivares. (7)

Figura 4 – Cariótipo de Drosophila melanogaster do sexo feminino e masculino, respetivamente, da esquerda para a direita.

Figura 4 – Cariótipo de Drosophila melanogaster do sexo feminino e masculino, respetivamente, da esquerda para a direita.

Conhecer o ciclo de vida desta espécie é importante para garantir a fidelidade de resultados aquando da realização do procedimento. Após a fecundação da fêmea, o aparecimento de larvas demora cerca de 1 dia; estas larvas passam por vários estádios até formarem uma pupa ao fim de 6 dias. Cerca de 5 dias após a formação da pupa, forma-se o individuo adulto. O período do desenvolvimento destas moscas varia em função da temperatura. Os tempos descritos correspondem a uma temperatura de 25º C. Variações de temperatura poderão abrandar ou acelerar este período. (8)

Figura 5- Ciclo de vida de Drosophila melanogaster.

Figura 5- Ciclo de vida de Drosophila melanogaster.

Objetivos

  • Observar exemplares de Drosophila melanogaster;
  • Distinguir machos de fêmeas;
  • Caraterizar estirpes mutantes desta espécie;
  • Aplicar as técnicas laboratoriais adequadas a esta atividade de manipulação da Drosophila melanogaster;
  • Observar e explicar a transmissão do carácter cor dos olhos à luz dos princípios mendelianos e dos trabalhos de Morgan.

3- Protocolo experimental

3.1- Material

  • Algodão
  • Alumínio
  • Éter
  • Pedaço de papel branco
  • Funil
  • Lupa binocular
  • Frasco de cultura com populações de Drosophila melanogaster;
  • Pinças
  • Aluminío

3.2- Procedimento

  • Nos frascos, com o meio de cultura preparados previamente na UTAD com as diferentes populações da espécie Drosophila melanogaster, procedeu-se à anestesia desses indivíduos;
  • Retirar o alumínio dos frascos, num funil de plástico, cuja extremidade fina foi introduzida num frasco com éter e vedada com um pouco de rede. Na recolha dos insetos dos frascos de cultura, deram-se pequenas pancadas nos frascos para que os indivíduos se afastassem das paredes do frasco;
  • Num movimento rápido inverteu-se o frasco de cultura sobre a boca larga do funil, de modo a impedir as tentativas de fuga dos indivíduos, percutiu-se repetidamente o frasco em contacto com o funil até os indivíduos, sujeitos a uma atmosfera saturada de vapores etéricos (cerca de 40 segundos), ficarem anestesiados;
  • Colocar os insetos anestesiados sobre um pedaço de papel branco dividido em quatro partes de modo a permitir a identificação de machos e fêmeas assim como indivíduos mutantes e selvagens.
  • Após esta observação procedeu-se à realização dos seguintes cruzamentos parentais:
    • ♀ olhos vermelhos x ♂ olhos brancos
    • ♀ olhos brancos x ♂ olhos vermelhos
  • Os progenitores dos frascos de cruzamentos foram removidos após 7 dias. Cerca de 3 semanas depois os insetos foram anestesiados e com recurso à lupa binocular, procedeu-se à identificação e registo de características (cor dos olhos) de machos e fêmeas.

4- Registo de Resultados

mosca-da-fruta-7

Proporção fenotípica- 21/27 fêmea olhos vermelhos : 6/27 macho olhos vermelhos

mosca-da-fruta-8

Proporção fenotípica- 33/80 fêmea olhos vermelhos : 19/80 fêmea olhos brancos : 16/80 macho olhos vermelhos : 12/80 macho olhos brancos

5-Discussão dos resultados

De modo a assegurar a fidelidade dos resultados foram tomadas várias medidas no procedimento laboratorial:

  • Neste cruzamento assegurou-se que as gerações parentais eram todas constituídas por indivíduos de linhas puras, ou seja, indivíduos que resultam de linhagens com várias gerações de modo a assegurar que os mesmos apenas têm alelos responsáveis pela caraterística em causa, neste caso a cor dos olhos.
  • Houve o cuidado de retirar os progenitores dos frascos de cultura, após se reproduzirem e enquanto os descendentes ainda estavam na fase de pupa, de modo a que, quando se procedeu à contabilização dos indivíduos com as diferentes caraterísticas pretendidas, apenas fossem incluídos os descendentes.
  • Utilização de fêmeas virgens, ou seja, de fêmeas não fecundadas por indivíduos diferentes daqueles que se pretendem cruzar na geração parental.

5.1- Resultados esperados:

O gene em causa para a atividade laboratorial é o gene white (simbolo genético W). Se representarmos o alelo recessivo mutante por W e o alelo selvagem (dominante) por W+ teremos:

No cruzamento: fêmea olhos vermelhos x macho olhos brancos:

Geração parental: Xw+ Xw+ × Xw Y

Gâmetas: Xw+ e Xw e Y

Xw+ Xw+
Xw Xw+ Xw Xw+ Xw+
Y Xw+ Y Xw+ Y

Geração filial 1: Xw+ Xw+ e Xw+ Y

Proporção fenotípica: 1/2 fêmea olhos vermelhos : 1/2 macho olhos vermelhos

Proporção genotípica: 1/2 Xw+ Xw+ : 1/2 Xw Y

No cruzamento: fêmea olhos brancos x macho olhos vermelhos: Geração parental: Xw Xw × Xw+ Y

Gâmetas: Xw e Xw+ e Y

Xw Xw
Xw+ Xw+ Xw Xw+ Xw
Y Xw Y Xw Y

Geração filial 1: Xw+ Xw e Xw Y

Proporção fenotípica: 1/2 fêmea olhos vermelhos : 1/2 macho olhos brancos

Proporção genotípica: 1/2 Xw+ Xw+ : 1/2 Xw Y

 5.2- Resultados obtidos:

No cruzamento: fêmea olhos vermelhos (Xw+ Xw+) x macho olhos brancos (Xw+ Y), contabilizou-se em todos os frascos o número de fêmeas e machos e verificou-se que 100 % da descendência apresentava olhos vermelhos.

Através deste retrocruzamento, como se seria de esperar, concluiu-se que o alelo responsável pela cor vermelha dos olhos (W+) é dominante sobre o alelo da cor branca dos olhos (W) de Drosophila, pois todas as fêmeas obtidas na descendência são heterozigóticas, e como o alelo selvagem expressa o seu fenótipo em heterozigotia e o fenótipo que se expressa é a cor vermelha para os olhos, comprova-se que a estirpe selvagem desta espécie apresentará o alelo que codifica a cor vermelha (W+) , ou seja, o alelo que codifica a cor vermelha (W+) é dominante relativamente ao que codifica a cor branca (W).

Para além disso verifica-se que o alelo responsável pela cor vermelha dos olhos está localizado no cromossoma sexual X pois nenhum macho da geração parental tinha olhos vermelhos, ao contrário das fêmeas da geração parental, e todos os descendentes machos tinham os olhos vermelhos. Isto é facilmente explicado, dado que todos os descendentes machos recebem um cromossoma Y do seu progenitor do sexo masculino e um cromossoma X da progenitora; pelo que todos os descendentes machos vão expressar o alelo que a progenitora lhes dá, ora, como ela tem dois cromossomas X com alelos dominantes (W+), todos os descendentes do sexo masculino vão ser hemizigóticos (Xw+ Y) com o alelo para a cor vermelha dos olhos, ou seja, com fenótipo dominante.

No caso das descendentes fêmeas todas elas são fenotipicamente dominantes, ou seja, têm os olhos vermelhos dado que todas as descendentes vão receber um cromossoma sexual X da mãe e outro do pai. Assim, ainda que o pai tenha olhos brancos (hemizigótico recessivo), todas elas vão exprimir o alelo para a cor vermelha dos olhos, pois todas elas são heterozigóticas (Xw+ Xw).

No cruzamento: fêmea olhos vermelhos (Xw+ Xw+) x macho olhos brancos (Xw+ Y), obtiveram-se 33 fêmeas com olhos vermelhos, 19 fêmeas com olhos brancos, 16 machos com olhos vermelhos e 12 machos com olhos brancos.

Neste caso, admitindo que apenas ocorreu uma geração de descendentes, seria que esperar que todos os descendentes do sexo feminino tivessem olhos vermelhos pois um cromossoma sexual X, que tem o alelo responsável pela cor vermelha dos olhos (W+), seria dado pelo progenitor masculino aos descendentes do sexo feminino. A progenitora daria um cromossoma X com o alelo recessivo para a cor branca dos olhos (W) aos descendentes de ambos os sexos. Assim, como já referido, seria de esperar que as descendentes do sexo feminino fossem todas fenotipicamente e genotipicamente iguais, de olhos vermelhos e heterozigóticas (Xw+ Xw+), respetivamente.

No caso dos descendentes do sexo masculino, como receberiam um cromossoma Y do macho e um cromossoma X com o alelo recessivo para a cor branca da fêmea, seria de esperar que todos eles tivessem olhos brancos.

Este enorme desvio deveu-se, consideramos nós, à distinção incorreta tanto de fêmeas e machos como de indivíduos com olhos vermelhos e brancos durante a seleção inicial. Visto que se procedeu à remoção dos indivíduos da geração parental antes das pupas eclodirem de modo a não serem contabilizados progenitores juntamento com descendentes. Assim, o erro humano na observação e distinção de caraterísticas terá sido o possível fator que justifica a inviabilidade destes resultados.

Assim, e tendo em conta este erro que afeta a fidelidade dos resultados, verifica-se mais uma vez a dominância do alelo que codifica a cor vermelha e a sua localização no cromossoma sexual X.

Outros erros que poderão explicar os desvios encontrados na observação das caraterísticas da 1ª geração filial nos dois cruzamentos:

  • Alguns indivíduos poderão ter fugido quando se procedeu ao cruzamento e à contagem de descendentes.
  • Verificou-se que o número de fêmeas descendentes foi maior do que o número de machos nos dois cruzamentos o que indicia, em termos probabilísticos, que o número de fêmeas da geração parental era maior do que o número de machos. Esta situação não favorece a cópula, uma vez que não permite fenómenos de interação e luta entre os exemplares, contribuindo assim para um menor número de descendentes o que se traduz, mais uma vez, em termos probabilísticos numa menor fidelidade de resultados.
  • A utilização de fêmeas não virgens, ou seja, de fêmeas fecundadas de indivíduos com outras caraterísticas não desejadas para o cruzamento na geração parental também é uma justificação plausível para o desvio dos resultados obtidos em relação aos esperados.
  • Alguns dos indivíduos morreram devido ao excesso de anestesia administrada ou ao manuseamento efetuado;
  • A temperatura que deveria garantir a fiabilidade dos resultados, não se manteve constante, essa foi uma variável que não conseguimos controlar. As condições de temperatura diferentes das ideais, condicionou o período de desenvolvimento desta mosca desde o embrião até o individuo adulto. Neste caso, a temperatura foi bastante inferiore a 25 ºC o que justifica a maior demora na obtenção de descendência a partir dos óvulos fertilizados para esta experiência.

6- Conclusão

Com esta atividade fomos capazes, ainda que com algumas dificuldades, de, através da observação de indivíduos com recurso à lente binocular, distinguir machos de fêmeas assim como indivíduos mutantes de selvagens. Desta dificuldade, adviriam erros de observação, responsáveis pelo desvio de alguns resultados obtidos nos cruzamentos.

Para além disso, esta atividade deu-nos a oportunidade de utilizar materiais e substâncias como o éter sulfúrico que nunca tínhamos tido contacto, bem com a de manipular laboratorialmente materiais biológicos específicos, que se revelaram de grande utilidade e assim adquirir técnicas de manipulação laboratorial que revelarão grande utilidade no nosso futuro académico.

Fomos bem-sucedidos na aplicação dos princípios mendelianos e das suas extensões à genética moderna para a explicação de como ocorre a transmissão da caraterística cor dos olhos em indivíduos da espécie Drosophila melanogaster e chegámos à conclusão que o seu modo de transmissão é hereditário, ou seja, encontra-se ligada ao sexo, mais concretamente ligada ao cromossoma sexual X e que a cor vermelha dos olhos resulta da expressão de um alelo dominante.

Para além disso, com esta atividade fomos capazes de aplicar os nossos conhecimentos teóricos à prática, procedimento que consideramos imprescindível para a adquirição de capacidades sólidas em qualquer área de estudo e que se revela extremamente interessante, divertido e útil para o nosso futuro.

A Drosophila revelou-se um material biológico de fácil manipulação devido às suas caraterísticas previamente enunciadas, das quais se destacam o curto ciclo de vida e o reduzido número de cromossomas, que revelam uma grande vantagem na utilização desta espécie em estudos de genética, como por exemplo, na aplicação de diversas substâncias com potencial medicinal, como para o tratamento de cancros, pois existe a possibilidade de observar as manifestações fenotípicas e genotípicas resultantes das variáveis impostas nessas experiências. A Drosophila melanogaster é, pois, um modelo de estudo muito importante para o Homem.

7- Fontes consultadas

  • (1) Ribeiro, E.; Silva, J.; Oliveira, O. (2009). Biodesafios 12. Porto: ASA Editores.
  • (2) Ribeiro, E.; Silva, J.; Oliveira, O. (2009). Biodesafios 12. Porto: ASA Editores.
  • (3) http://www.mokidros.ibmc.up.pt/materiais_grupo_garcia/Relatorio1_Observacao_de_individuos.pdf (Data de consulta: 03/03/2019)
  • (4) Ribeiro, E.; Silva, J.; Oliveira, O. (2009). Biodesafios 12. Porto: ASA Editores.
  • (5) http://www.mokidros.ibmc.up.pt/materiais_grupo_garcia/Relatorio1_Observacao_de_individuos.pdf (Data de consulta: 03/03/2019)
  • (6) Ribeiro, E.; Silva, J.; Oliveira, O. (2009). Biodesafios 12. Porto: ASA Editores.
  • (7) http://drosophila-m.blogspot.com/2007/11/drosophila-possui-para-alm-dos-4-pares.html (Data de consulta: 11/03/2019)
  • (8) http://www.sc.didaxis.pt/hereditariedade/drosophila.htm (Data de consulta: 03/03/2019)
  • Figura 1- http://files.drosophila-melanogaster.webnode.pt/200000140-46137470ae/Trabalho%20Escrito_PDF%20(1).pdf (Data de consulta: 06/03/2019)
  • Figura 2- http://www.mokidros.ibmc.up.pt/materiais_grupo_garcia/Relatorio1_Observacao_de_individuos.pdf (Data de consulta: 03/03/2019)
  • Figura 3- http://biozarco-mclameiras.blogspot.com/2010/11/aula-pratica-drosophila-melanogaster.html (Data de consulta: 10/03/2019)
  • Figura 4- http://www.mokidros.ibmc.up.pt/materiais_grupo_garcia/Relatorio1_Observacao_de_individuos.pdf (Data de consulta: 03/03/2019)
 



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