A poliploidia é um tipo de mutação genética, é a adição de um conjunto completo (conjuntos completos) de cromossomas para o núcleo da célula, formando pares homólogos. Esse tipo de mutação cromossômica é a euploidia mais comum e é caracterizada por o organismo transportar três ou mais conjuntos completos de cromossomos.
Um organismo (diplóide normalmente = 2n) é considerado um poliploide quando adquire um ou mais conjuntos completos de cromossomos. Diferentemente das mutações pontuais, inversões e duplicações cromossômicas, esse processo é de larga escala, ou seja, ocorre em alocações completas de cromossomos.
Em vez de ser haploide (n) ou diplóide (2n), um organismo poliploide pode ser tetraploide (4n), octoplóide (8n) ou superior. Esse processo de mutação é bastante frequente nas plantas e estranho nos animais. Esse mecanismo pode aumentar a variabilidade genética nos organismos sésseis que não conseguem se mover do ambiente.
A poliploidia é de grande importância em termos evolutivos em certos grupos biológicos, onde constitui um mecanismo frequente para a geração de novas espécies, uma vez que a carga cromossômica é uma condição herdável.
Quando ocorre a poliploidia?
Perturbações no número de cromossomos podem ocorrer tanto na natureza quanto em populações estabelecidas em laboratório. Eles também podem ser induzidos com agentes mutagênicos, como a colchicina. Apesar da incrível precisão da meiose, as aberrações cromossômicas ocorrem e são mais comuns do que se imagina.
A poliploidia surge como resultado de algumas alterações que podem ocorrer durante a meiose na primeira divisão meiótica ou durante a prófase, na qual os cromossomos homólogos são organizados em pares para formar tetrades e uma não disjunção deste ocorre durante Anáfase I.
Surgimento de novas espécies
A poliploidia é importante, pois é um ponto de partida para originar novas espécies. Esse fenômeno é uma fonte importante de variação genética, pois gera centenas ou milhares de locais duplicados, livres para obter novas funções.
Nas plantas é particularmente importante e bastante difundido. Estima-se que mais de 50% das plantas com flores tenham se originado da poliploidia.
Na maioria dos casos, os poliploides diferem fisiologicamente das espécies nativas e, por isso, podem colonizar ambientes com novas características. Muitas espécies importantes na agricultura (incluindo trigo) são poliploides de origem híbrida.
Tipos de poliploidia
As poliploidias podem ser classificadas de acordo com o número de conjuntos cromossômicos completos ou conjuntos presentes no núcleo da célula.
Nesse sentido, um organismo que contém “três” conjuntos de cromossomos é “triploide”, “tetraploide” se contiver 4 conjuntos de cromossomos, pentaplóide (5 séries), hexaploidae (6 séries), heptaploide (sete séries), octoplóide (oito) jogos), nonaploidae (nove jogos), decaplóide (10 jogos) e assim por diante.
Por outro lado, as poliploidias também podem ser classificadas de acordo com a origem das doações cromossômicas. Nesta ordem de idéias, um organismo pode ser: autopoliploide ou alopoliploide.
Um autopoliploide contém vários conjuntos de cromossomos homólogos derivados do mesmo indivíduo ou de um indivíduo pertencente à mesma espécie. Nesse caso, os poliploides são formados pela união de gametas não reduzidos de organismos geneticamente compatíveis, catalogados como a mesma espécie.
Um alopoliploide é aquele organismo que contém conjuntos de cromossomos não homólogos devido à hibridação entre espécies diferentes. Nesse caso, a poliploidia ocorre após a hibridação entre duas espécies relacionadas.
Poliploidia em animais
Nos animais, a poliploidia é rara ou rara. A hipótese mais difundida que explica a pequena frequência de espécies poliploides em animais superiores é que seus complexos mecanismos de determinação sexual dependem de um equilíbrio muito delicado no número de cromossomos sexuais e autossomos.
Essa idéia foi mantida apesar da evidência acumulada de animais que existem como poliploides. É geralmente observado em grupos de animais mais baixos, como vermes e uma grande variedade de vermes chatos, onde os indivíduos geralmente têm gônadas masculinas e femininas, facilitando a auto-fertilização.
As espécies que apresentam a última condição são chamadas hermafroditas autocompatíveis. Por outro lado, também pode ocorrer em outros grupos cujas fêmeas podem dar à luz sem fertilização, através de um processo chamado partenogênese (que não implica um ciclo sexual meiótico normal)
Durante a partenogênese, os descendentes são basicamente produzidos pela divisão mitótica das células parentais. Isso inclui muitas espécies de invertebrados, como besouros, isópodes, mariposas, camarões, vários grupos de aracnídeos e algumas espécies de peixes, anfíbios e répteis.
Ao contrário das plantas, nos animais, a especiação através da poliploidia é um evento excepcional.
Exemplos em animais
A rompa Tympanoctomys barrerae é uma espécie tetraplóide que possui 102 cromossomos por célula somática. Ele também tem um efeito “gigas” em seu esperma. Esta espécie alopoliploide provavelmente se originou da ocorrência de vários eventos de hibridação de outras espécies de roedores, como Octomys mimax e Pipanacoctomys aureus.
Poliploidia em humanos
A poliploidia é incomum em vertebrados e é considerada irrelevante na diversificação de grupos como mamíferos (ao contrário de plantas) devido às interrupções que ocorrem no sistema de determinação de sexo e no mecanismo de compensação de dose.
Estima-se que cinco em cada 1.000 humanos nascem com graves defeitos genéticos atribuíveis a anormalidades cromossômicas. Um número ainda maior de embriões com defeitos cromossômicos é abortado espontaneamente e muitos mais nunca chegam ao nascimento.
Nos seres humanos, as poliploidias cromossômicas são consideradas letais. No entanto, em células somáticas como os hepatócitos, cerca de 50% destes são normalmente poliploides (tetraploides ou octaploides).
As poliploidias mais frequentemente detectadas em nossa espécie são triploidias e tetraploidias completas, bem como mixoploides diplóides / triploides (2n / 3n) e diplóides / tetraploides (2n / 4n).
Neste último, uma população de células diplóides normais (2n) coexiste, com outra possuindo 3 ou mais múltiplos haploides de cromossomos, por exemplo: triploide (3n) ou tetraploide (4n).
Triploidias e tetraplodia em humanos não são viáveis a longo prazo. Na maioria dos casos, foram relatados óbitos até o nascimento ou mesmo alguns dias após o nascimento, variando de menos de um mês a um máximo de 26 meses.
Poliploidia em plantas
A existência de mais de um genoma no mesmo núcleo tem desempenhado um papel importante na origem e evolução das plantas, sendo talvez a alteração citogenética mais importante na especiação e evolução das plantas. As plantas eram a porta de entrada para o conhecimento das células com mais de dois conjuntos de cromossomos por célula.
Desde o início das contagens cromossômicas, observou-se que uma grande variedade de plantas silvestres e cultivadas (incluindo algumas das mais importantes) são poliploides. Quase metade das espécies conhecidas de angiospermas (plantas com flores) são poliploides, da mesma forma, a maioria das samambaias (95%) e uma grande variedade de musgos.
A presença de poliploidia nas plantas de gimnospermas é rara e altamente variável nos grupos de angiospermas. Em geral, tem sido apontado que as plantas poliploides são altamente adaptáveis, podendo ocupar habitats que seus ancestrais diplóides não podiam. Além disso, plantas poliploides com mais cópias genômicas acumulam maior “variabilidade”.
Dentro das plantas, talvez os alopoliploides (mais comuns na natureza) tenham um papel fundamental na especiação e radiação adaptativa de muitos grupos.
Melhoria da horticultura
Nos vegetais, a poliploidia pode se originar de vários fenômenos diferentes, sendo os erros mais frequentes durante o processo de meiose que dão origem a gametas diplóides.
Mais de 40% das plantas cultivadas são poliploides, incluindo alfafa, algodão, batata, café, morango, trigo, entre outros, sem relação entre domesticação e poliploidia das plantas.
Como a colchicina foi implementada como um agente para induzir a poliploidia, ela foi usada em plantas basicamente por três razões:
-Para gerar poliploidia em certas espécies importantes, como tentativa de obter melhores plantas, uma vez que os poliploides geralmente apresentam um fenótipo no qual há um crescimento notável do tamanho “gigas”, porque há um número maior de células. Isso permitiu avanços notáveis na horticultura e no campo do melhoramento genético das plantas.
-Para poliploidização de híbridos e que recuperam a fertilidade para que algumas espécies sejam redesenhadas ou sintetizadas.
-E finalmente como uma maneira de transferir genes entre espécies com diferentes graus de ploidia ou dentro da mesma espécie.
Exemplos em plantas
Dentro das plantas, um poliploide natural de grande importância e particularmente interessante é o pão de trigo, Triticum aestibum (hexaploide). Juntamente com o centeio, foi construído intencionalmente um poliploide chamado “Triticale”, um alopoliplóide com alta produtividade do trigo e robustez do centeio, com grande potencial.
O trigo nas plantas cultivadas tem sido notavelmente essencial. Existem 14 espécies de trigo que evoluíram pela alopoliploidia e formam três grupos, um de 14, outro de 28 e um de 42 cromossomos. O primeiro grupo inclui as espécies mais antigas dos gêneros T. monococcum e T. boeoticum.
No segundo grupo, é composto por 7 espécies e aparentemente deriva da hibridação de T. boeoticum com uma espécie de fervura selvagem de outro gênero chamado Aegilops. O cruzamento produz um híbrido vigoroso estéril que, por duplicação de cromossomos, pode resultar em um alotetraplóide fértil.
O terceiro grupo de 42 cromossomos é onde estão os trigos do pão, que provavelmente se originaram através da hibridação de uma espécie tertraplóide com outra espécie de Aegilops, seguida de uma duplicação do complemento cromossômico.
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