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Flor doadora de pólen Coleta de pólen Polinização artificial Flor receptora de pólen (anteras eliminadas) Germinação da semente Planta jovem de ervilha Estigma Anteras Sépala Sementes em formação (óvulos fecundados) Ovário em corte (futura vagem) Pétalas Pistilo Estames Quilha aberta mostrando aparelho reprodutor Sépalas R ep ro d uç ão p ro ib id a. A rt .1 84 d o C ód ig o P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 34 U n id a d e A • G e n é ti ca A C B D E Figura 2.2 No alto, à direita, fotografia de flores de ervilha. Representação esquemática da polinização artificial em ervilha: (A) flor de ervilha, mostrando suas principais partes; (B) retirada de pólen com um pincel; (C) colocação do pólen sobre o estigma de uma flor da qual foram removidas as anteras ainda imaturas; (D) ovário de uma flor cortado longitudinalmente, mostrando as sementes em formação (os “grãos” de ervilha); (E) etapas da germinação da semente originando uma nova planta. (Imagens sem escala, cores-fantasia.) Mendel iniciou seus trabalhos com 34 variedades diferentes de ervilha, entre as quais sele- cionou as que mais convinham a seus experimentos. A ideia era trabalhar com variedades cujas características não sofressem alteração de uma geração para outra, o que seria uma garantia de estar trabalhando com características hereditárias e não com variações decorrentes de fatores ambientais. Mendel escolheu, também, características com formas (traços) bem contrastantes, para que não houvesse dúvida quanto à sua identificação. Por exemplo, quanto à característica “cor dos cotilédones da semente”, na ervilha há apenas duas cores, amarela e verde, sem cores interme- diárias. Depois de um criterioso trabalho de seleção, Mendel concentrou-se no estudo de sete características, cada uma delas com duas formas bem contrastantes. (Fig. 2.3) Para realizar fecundação cruzada entre duas plantas de ervilha, é preciso abrir previamente a quilha de algumas flores e cortar suas anteras (parte masculina). Quando o estigma (parte fe- minina) está maduro, abre-se novamente a quilha e coloca-se sobre ele pólen retirado de flores intactas de outra planta (polinização artificial). Assim, podem-se cruzar variedades distintas e obter sementes híbridas (do grego hybris, misturado por cruzamento). (Fig. 2.2) R ep ro d uç ão p ro ib id a. A rt .1 84 d o C ód ig o P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 35 C a p ít u lo 2 • Le i d a s e g re g a çã o g e n é ti ca Figura 2.3 Representação esquemática dos dois traços alternativos de cada uma das sete diferentes características analisadas por Mendel em seus estudos com ervilhas. Um dos grandes méritos de Mendel foi ter considerado, de início, apenas uma caracterís- tica de cada vez. Ao cruzar plantas de uma linhagem produtora de sementes amarelas com plantas de uma outra linhagem produtora de sementes verdes, por exemplo, ele simplesmente desconsiderava características como altura da planta, forma da semente, posição das flores etc., atendo-se exclusivamente à característica escolhida. 2 Gerações P, F1 e F2 Antes de iniciar um cruzamento, Mendel certificava-se de estar lidando com plantas de linha- gens puras. Para ele, eram puras as linhagens que, por autofecundação, davam origem somente a plantas iguais a si. Uma linhagem pura de planta alta, por exemplo, quando autofecundada ou cruzada com outra idêntica a si, só produz como descendentes plantas altas. Mendel realizou cruzamentos entre plantas puras das sete características escolhidas. Por exemplo, plantas puras de uma linhagem produtora de sementes amarelas foram cruzadas com plantas puras de outra linhagem produtora de sementes verdes; plantas puras altas foram cru- zadas com plantas puras anãs; plantas puras com flores com posição terminal foram cruzadas com plantas puras com flores de posição axilar; e assim por diante. Nesses cruzamentos, a geração constituída pelas variedades puras era denominada geração parental, hoje chamada, abreviadamente, geração P. A descendência imediata desses cruza- mentos era chamada de primeira geração híbrida, hoje denominada geração F1. A descendência resultante da autofecundação da primeira geração híbrida (F1) era denominada segunda geração híbrida, hoje chamada de geração F2. 3 Traços dominantes e traços recessivos Mendel observou que os indivíduos híbridos da geração F1 eram sempre iguais a um dos pais. Por exemplo, os híbridos originados do cruzamento de plantas puras altas com plantas puras anãs eram sempre altos e indistinguíveis da planta alta parental. O traço “baixa estatura” aparentemente desaparecia na geração F1. Entretanto, a autofe- cundação das plantas híbridas produzia uma descendência constituída por plantas altas e por plantas anãs. Isso levou Mendel a concluir que, nas plantas híbridas (geração F1), o traço de um dos pais não desaparecia, mas ficava “em recesso”, isto é, encoberto, reaparecendo novamente na geração F2. Forma da semente Cor dos cotilédones Cor da casca da semente Forma da vagem Cor da vagem Posição das flores Altura da planta Lisa Amarela Cinza Inflada Verde Axilar Alta Rugosa Verde Branca Comprimida Amarela Terminal Anã Plantio de sementes verdes puras Autofecundação Vagens Fecundação cruzada Desenvolvimento das vagens com sementes resultantes da fecundação cruzada Desenvolvimento das vagens com sementes resultantes da autofecundação VagensPlantio de sementes amarelas puras Plantio de sementes amarelas híbridas GERAÇÃO P (sementes puras) GERAÇÃO F 1 (sementes híbridas) GERAÇÃO F2 R ep ro d uç ão p ro ib id a. A rt .1 84 d o C ód ig o P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 36 U n id a d e A • G e n é ti ca Mendel denominou dominante o traço que se manifestava nas plantas híbridas e recessivo o traço que ficava encoberto. No caso da estatura das plantas, por exemplo, o traço alta estatura é dominante e o baixa estatura, recessivo. (Tab. 2.1) Tabela 2.1 Traços dominantes e recessivos das sete características estudadas por Mendel Característica Traço dominante Traço recessivo Forma da semente Lisa Rugosa Cor dos cotilédones Amarela Verde Cor da casca da semente Cinza Branca Forma da vagem Inflada Comprimida Cor da vagem Verde Amarela Posição das flores Axilar Terminal Altura da planta Alta Anã 4 A proporção 3 : 1 na geração F2 Alguns predecessores de Mendel já haviam observado que certos traços desapareciam em uma geração, reaparecendo na geração seguinte. A originalidade de Mendel consistiu em estabelecer a relação entre as quantidades de plantas que exibiam o traço dominante e as que exibiam o traço recessivo, ou seja, a proporção (ou razão) entre os dois tipos de planta da geração F2. Essa visão matemática, quantitativa, aplicada aos cruzamentos, foi uma das grandes novidades que Mendel introduziu nos estudos genéticos. No cruzamento entre plantas puras da linhagem produtora de sementes amarelas e plantas puras da linhagem produtora de sementes verdes, por exemplo, Mendel obteve, na geração F2 (resultante da autofecundação de F1) um total de 8.023 sementes, das quais 6.022 eram amare- las e 2.001 verdes. Dividindo o número de sementes amarelas pelo número de sementes verdes, obtém-se a proporção de aproximadamente 3,01 1. Em outro experimento, em que plantas puras de uma linhagem produtora de sementes lisas foram cruzadas com plantas puras de uma linhagem produtora de sementes rugosas, Mendel obteve, em F2, 5.474 sementes lisas e 1.850 sementes rugosas, o que representa a proporção de aproximadamente 2,96 1. Apesar de haver pequenas variações, os números obtidos nos diferentes experimentos eram sempre próximos de 3 1 ou 3 __ 4 1 __ 4 . (Fig. 2.4) Figura 2.4 Representação esquemática de um dos cruzamentos realizadospor Mendel com plantas de ervilha, em que foram cruzadas plantas de uma linhagem pura produtora de sementes amarelas com plantas de uma linhagem pura produtora de sementes verdes (geração P). Na geração F2, são produzidas ervilhas amarelas e ervilhas verdes aproximadamente na proporção de 3 1. (Imagens sem escala.)