A mitose e a meiose são eventos biológicos de divisão celular. Para iniciar esses eventos, o material genético da célula deve ser duplicado previamente. Ao final do processo, na mitose, a quantidade de material genético das células filhas geradas será igual ao da célula mãe e não há mistura entre os cromossomos originados da mãe e do pai. Na meiose, a quantidade de material genético cai para a metade e há mistura.

Para melhor entender a meiose é preciso ter claro alguns conceitos e nomes que são abordados no tema.

Revisando e fazendo as contas finais do que ocorre numa célula humana, observamos o seguinte:

• Temos 23 pares de cromossomos, esses pares são uma combinação de 23 cromossomos de herança materna e 23 cromossomos de herança paterna. Geralmente, em uma célula, iremos encontrar um total de 46 cromossomos, dos 23 diferentes “tipos”.
• Quando uma célula, durante o ciclo celular, passa pela fase de duplicação do material genético, antes da divisão, os mesmos 46 cromossomos, que eram compostos por uma cromátide cada, passam a apresentar duas cromátides, as cromátides irmãs. Nesse momento do ciclo celular vemos os cromossomos em conformação em X.
• Após a duplicação, ainda possuímos 23 pares de cromossomos, formados pelos mesmos 23 cromossomos de herança materna e 23 cromossomos de herança paterna, só que dessa vez na conformação em X. Em um total de 46 cromossomos, pela duplicação das cromátides de cada um deles, passamos a apresentar o dobro de cromátides (92).

Sugestão de atividade

1. Identifique nas imagens 1, 2 e 3 expostas acima quantos cromossomos e cromátides estão representadas em cada imagem.

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Cromossomos

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Cromátides

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Cromossomos

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Cromátides

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Cromossomos

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Cromátides

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Abaixo é possível visualizar os 23 pares de cromossomos humanos, na conformação antes e após duplicação.

Lembrando também que esses cromossomos ficam aleatoriamente dispersos, tanto dentro do núcleo quanto no citoplasma após a degradação do núcleo, como é possível observar na figura abaixo.

Até agora sabemos que 1 cromossomo pode conter uma ou duas cromátides (quando possui duas são chamadas de cromátides irmãs) a depender do estágio do ciclo celular. Também sabemos que uma célula humana geralmente possui um conjunto de cromossomos vindo da mãe e outro do pai: os 23 pares de cromossomos homólogos, totalizando 46 cromossomos. Em seguida, podemos fazer uma observação inicial dos processos de divisão celular.

Observando essa diferença entre os processos podemos notar uma característica marcante da meiose: ela gera células com um total de 23 cromossomos. As diferenças entre os dois processos estão relacionadas ao objetivo da meiose.

A meiose é um evento de divisão celular voltado para a geração de gametas: nos seres humanos, o espermatozoide – gameta masculino – e o ovócito – gameta feminino (o óvulo é formado apenas após a fecundação). Lembrando o início do texto, quando se abordou os cromossomos, foi possível observar que contemos 23 pares de cromossomos (total de 46) sendo metade oriundo da mãe e a outra do pai. Essa metade herdada dos progenitores é transferida através de uma célula, o gameta, que, diferentemente das outras células do corpo, possui 23 cromossomos, sem os respectivos homólogos. Porém, na fecundação e formação do zigoto, que ocorre na reprodução sexuada, há o restabelecimento dos pares homólogos, assim como do total de 46 cromossomos.

Assim, é possível concluir que esse tipo de divisão celular apenas ocorre em organismos que realizam reprodução sexuada, a exemplo dos humanos. Além disso, é restrita à formação de células reprodutivas (gametas) desses organismos.

Em seguida, assista ao vídeo introdutório sobre meiose e responda às perguntas para se familiarizar com o processo. Não se preocupe, após o vídeo iremos abordar em maior profundidade o conteúdo.

O primeiro evento de grande importância por gerar diversidade genética é a recombinação. A recombinação é um evento de troca de material genético entre os pares de cromossomos homólogos, mais especificamente entre uma cromátide de cada membro do par duplicado.

Durante a formação dos pares homólogos, os cromossomos homólogos, duplicados, ou seja, em conformação de “X”, interagem entre si. Essa interação está relacionada à alta similaridade de sequência de DNA dos pares, mas também é auxiliada por moléculas que facilitam e participam dessa ligação.

Nessa organização lado a lado dos cromossomos homólogos, regiões por toda a extensão dos cromossomos podem ser trocadas de forma aleatória. Quando essa troca ocorre, diversos mecanismos celulares atuam para “cortar” as regiões dos cromossomos e trocar entre eles. Tomando como exemplo um par de cromossomos homólogos autossômicos (cromossomos que não os sexuais) humanos, duplicados, uma parte de uma cromátide do cromossomo de origem paterna seria retirada e transferida para o cromossomo materno e, a região equivalente do cromossomo materno, seria colocada no local e vice-versa. É importante ressaltar que as mesmas regiões de cromossomos homólogos são trocadas, dessa forma não é gerada nenhuma anomalia. Regiões que representam as mesmas características, mas diferenças pontuais na sequência de DNA são trocadas.

Conforme essa estrutura de interação se desfaz, algumas regiões continuam com forte interação, permanecendo ligadas; são as regiões de troca cromossômica, chamadas de quiasmas. Quando os cromossomos forem separados para polos opostos, as novas informações serão transmitidas por meio dos gametas.

Esse processo é a recombinação genética, também conhecida como crossing-over. Muitas imagens didáticas irão representar os cromossomos homólogos em uma disposição lado a lado para facilitar a compreensão. Porém, é necessário relembrar que esse processo é tridimensional.

Abaixo temos uma imagem interativa representativa do processo, deslize para a direita para ver os cromossomos homólogos realizando a troca de material genético.

Apesar de poder ou não ocorrer em diversos pontos do cromossomo, a recombinação deve ocorrer pelo menos uma vez durante a formação dos pares homólogos para que a separação dos cromossomos e a meiose sigam de forma adequada.

O outro processo altamente relevante para a diversidade genética na meiose é a segregação aleatória dos cromossomos homólogos e a distribuição independente dos membros dos diferentes pares. Esses eventos ocorrem durante a primeira divisão meiótica.

Como explicado anteriormente, os cromossomos homólogos são dispostos no centro da célula, em pares que são separados e levados aos polos opostos da célula, de modo a que cada membro tem a mesma possibilidade (50%) de segregar para um determinado gameta. A célula não tem a capacidade de identificar qual cromossomo do par homólogo é de origem materna ou paterna. Dessa forma, a disposição e separação é feita de forma independente para cada par. Então, quanto maior a quantidade de pares homólogos, ou seja, quanto maior a quantidade de “tipos” de cromossomos diferentes em uma célula, maior a mistura do material genético, assim como a diversidade gerada.

Em uma célula com apenas um tipo de cromossomo, duas células poderão ser formadas, uma com o cromossomo de origem materna e outra com o cromossomo de origem paterna, lembrando que esses cromossomos sofreram recombinação prévia. No caso de uma célula com dois tipos de cromossomos, assim como apresentado nos gifs anteriores, 4 células diferentes poderão ser formadas: Uma com os dois cromossomos representantes maternos e uma com os dois representantes paternos (como ocorreu no exemplo dos gifs); também há a possibilidade de que uma célula possua o primeiro tipo de cromossomo materno e o segundo paterno enquanto a outra célula possuiria o primeiro cromossomo paterno e o segundo materno ou vice-versa. Essas diferentes combinações podem ser calculadas segundo 2ⁿ, onde n representa o número de diferentes ‘tipos” de cromossomo (de pares de homólogos). No caso dos seres humanos, teríamos 2²³. Esse valor supera 8 milhões de possibilidades de diferentes gametas. Assim, como resultado da fecundação (2²³ x 2²³), temos uma probabilidade irrisória de que dois indivíduos, que não sejam gêmeos monozigóticos, apresentem genomas iguais.

Conhecendo melhor a diversidade genética gerada pela meiose, revisite o processo descrito anteriormente. Observe como a meiose é essencial à diversidade. Os gametas seriam idênticos, caso esse processo não ocorresse.

Antes de iniciar a divisão celular, a célula deve passar pela etapa de duplicação do material genético. A preparação para a divisão celular é dividida em etapas. Durante a etapa G_1, a célula cresce em volume, aumentando a quantidade de organelas, enzimas e outras proteínas, ribossomos etc. Enfim, de todo o material requerido para se dividir em duas. Na segunda etapa, a fase S, ocorre a duplicação dos cromossomos. É importante lembrar que a duplicação apenas ocorre nessa fase, que precede o início da meiose 1, ou seja, apenas uma vez durante a divisão. Durante esse período de duplicação, os cromossomos estão descompactados. A etapa G₂ prepara a célula para iniciar esse processo de divisão. Não há outra duplicação entre as duas divisões meióticas. Em oposição, entre cada divisão mitótica, haverá uma etapa de duplicação.

A divisão celular é parte do ciclo celular. Apesar de geralmente serem abordados em diferentes contextos (ciclo celular e divisão celular), todos os processos favorecem a sobrevivência do organismo.

Durante a gametogênese, devemos entender que a meiose é o processo que gera os gametas. Em seres humanos, a formação de espermatozoides leva a 4 células. Porém, na formação dos ovócitos, apenas uma célula será gerada; as outras degeneram ao longo do processo.

Também se deve pontuar que a meiose não gera espermatozoides prontos. Durante a espermatogênese, existem etapas de diferenciação celular que conferem aos gametas características próprias. A diferenciação ocorre após a meiose se completar.

Durante a gametogênese, pode ocorrer um evento muito importante: a não disjunção cromossômica.

Na imagem acima, pode-se perceber que, em uma das etapas de divisão da meiose, algum(ns) dos cromossomos não se separam corretamente (não disjunção), um desbalanço cromossômico nos gametas.

A partir da seta verde, correspondendo a erro na primeira meiose, todos os gametas apresentarão desbalanço cromossômico. Na imagem vemos essa situação representada por apenas um tipo de cromossomo (um par homólogo) em um gameta feminino. Chamamos esse desbalanço de aneuploidia. As aneuploidias podem ocorrer tanto em gametas femininos quanto em gametas masculinos, assim como em qualquer um dos cromossomos. No caso dos cromossomos humanos, poderia ocorrer em qualquer um dos 23 pares de cromossomos.

Na seta azul, isso ocorre na segunda divisão, levando a dois gametas com desbalanço cromossômico: um não terá um cromossomo, e os outro terá duas cópias desse.  

Um exemplo de resultado de uma aneuploidia é a Síndrome de Down, ou, trissomia do cromossomo 21. Nesse caso, com a fecundação dos gametas masculinos e femininos de um ser humano, sendo que um dos dois possui um cromossomo 21 a mais, devido a uma não disjunção cromossômica, temos a geração de um indivíduo com esse fenótipo. Podemos então perceber que erros na meiose podem ter consequências severas. Há também situações de aneuploidias envolvendo os cromossomos sexuais, acarretando alterações corporais, hormonais e reprodutivas do indivíduo.

Além disso, algumas aneuploidias resultam em indivíduos inviáveis; a gestação não se completa em razão de abortamento espontâneo.

Outra possibilidade são as euploidias. Nos humanos elas resultam em indivíduos inviáveis. As euploidias ocorrem quando um conjunto inteiro de cromossomos está presente erroneamente em um indivíduo. As euploidias podem ocorrer devido a não disjunções, onde todos os “tipos” de cromossomos do indivíduo não separam corretamente na meiose. Ou mesmo por uma fecundação múltipla, onde mais de um gameta masculino fecunda o óvulo ao mesmo tempo. Essas alterações acarretam em indivíduos 3n, 4n e assim por diante. Nos humanos isso seria representado, por exemplo, por um indivíduo com 69 cromossomos (3n).

No escopo da herança mendeliana, a meiose é o processo que permite a variação e transmissão das características genéticas. Mesmo sem conhecer cromossomos e os processos de divisão celular, Mendel demonstrou a existência de unidades de herança (os genes) e de suas variações (os alelos) e a ocorrência da segregação aleatória e distribuição independente das características hereditárias. Posteriormente, esse conhecimento viria a ser essencial à compreensão da meiose, da reprodução sexuada e da diversidade genética.

Para abordar a meiose, é importante introduzir o conteúdo de forma que o aluno possa relacionar com sua vida cotidiana. Alguns temas podem suscitar o debate e favorecer o ensino-aprendizagem, como as diferenças entre os irmãos. Por que irmãos (que não gêmeos monozigóticos), filhos dos mesmos pais podem apresentar características tão distintas? Como a mistura das características genéticas paternas e maternas contribui para uma variedade tão grande? Outro tema que pode ser abordado é a ocorrência de doenças genéticas em filhos de pais saudáveis. Promover esse tipo de debate favorece o aprendizado e a correlação com temas ministrados.

Na contextualização do tema, é importante abordar a biodiversidade. É fundamental demonstrar como a variedade de espécies, decorrente da diversidade genética, dentre outros processos, e mesmo as variações dentro de cada população, podem favorecer a capacidade adaptativa e a sobrevivência das espécies. Outro aspecto relevante é discutir o impacto da pesquisa e do desenvolvimento tecnológico em diversidade genética sobre a sociedade moderna, levando a aumentos na produtividade agropecuária e industrial, assim como os avanços nas áreas de saúde e estudos ambientais.

Uma atividade prática com massa de modelar pode ser acessada no artigo: 

Que pode ser acessado no endereço: < https://doi.org/10.55838/1980-3540.ge.2009.71 >

Glossário:

• Microssatélites – Sequências curtas de pares de base do DNA, repetidas diversas vezes consecutivamente, geralmente presentes em regiões não codificadoras do genoma.
• Motifs – Sequências dos microssatélites, do padrão repetitivo de bases de DNA, comumente associadas a marcadores genéticos.
• Cromátides – Compostas pela fita dupla de DNA e proteínas que se organizam em uma estrutura chamada cromatina. Um cromossomo duplicado é formado por duas cromátides irmãs.
• Homólogas – Regiões genômicas que apresentam similaridade de sequência de DNA.
• Ortólogos – Genes homólogos originados de um ancestral comum a diferentes espécies.
• Filogenética – Estudo da relação evolutiva entre diferentes grupos, baseada em dados morfológicos e de genética molecular.
• Recombinação – Troca de material genético entre cromossomos homólogos, geralmente ocorre na meiose.
• Translocação – Troca de material genético entre cromossomos não homólogos.
• Heterocromatina – Conformação compactada do material genético, geralmente associada à diminuição ou silenciamento da expressão gênica.
• Espermatogênese – Sequência de divisões e diferenciação celular que geram os gametas masculinos.
• Ovocitogênese – Sequência de divisões celulares que geram os gametas femininos.
• Centrômeros – Regiões especializadas dos cromossomos que permitem a integridade estrutural, a ligação dos microtúbulos durante a divisão celular e a segregação dos cromossomos.

Ornitorrincos possuem características incríveis. Sua aparência inicialmente já instiga muita curiosidade, com um bico e patas que aparentam os de um pato, um rabo similar a de castor e presença de pelos. Configuram um dos mais impressionantes organismos do reino animal. Por ser um mamífero, ele produz leite e amamenta seus filhotes; entretanto, os ornitorrincos (Ornithorhynchus anatinus) não possuem mamilos para fazê-lo, apenas uma porção de glândulas mamárias que se localizam em uma região do abdômen e da qual o leite emerge da pele, semelhante ao modo como o suor humano é excretado.

Dentro da classe dos mamíferos, são únicos por pôr ovos, assim como as equidnas, os seus parentes mais próximos. Ambos os grupos (equidnas e ornitorrincos) somados compõem os Monotremados, a única ordem dos Prototheria. Os Theria, compostos pelos outros mamíferos, marsupiais e placentários, divergiram dos Prototheria há milhões de anos. Esses últimos são considerados menos modificados, retendo algumas características ancestrais, tal como uma que dá o nome ao grupo Monotremado, cujo significado da palavra é “único buraco”: a presença de uma cloaca para ambos o tubo digestório e o aparelho urogenital (assim como ocorre nas aves, répteis e anfíbios).

Outras peculiaridades do ornitorrinco são a presença de um esporão venenoso na pata dos machos e de eletroreceptores no bico, que são utilizados para encontrar e capturar presas debaixo d’água, assim como os tubarões.

Esses fenótipos são todos determinados por genes no DNA. Dentro do núcleo das suas células vemos diversas curiosidades. O seu genoma é relativamente bem pequeno, com apenas 1.92 Gb DNA. Em comparação o genoma do ser humano tem 3.2 Gb DNA; o morcego-nariz-de-porco-de-kitti (Craseonycteris thonglongyai), o menor mamífero do mundo, medindo 3 centímetros e pesando 2 gramas, tem um genoma de 1.9 Gb DNA. Vale lembrar que o tamanho do genoma de um organismo não está diretamente relacionado com seu tamanho físico, ou com sua posição filogenética.

Os cromossomos armazenam os genes, que são as informações hereditárias que determinam as características de um indivíduo. O ornitorrinco possui 26 pares de cromossomos (2n=52), sendo 6 pares compostos por grandes cromossomos e o resto correspondendo diversos cromossomos menores e microcromossomos; esses últimos também são muitas vezes encontrados em aves e reptilianos. As semelhanças não param por aí, assim como nos cromossomos reptilianos, os cromossomos de ornitorrincos têm conteúdo de microssatélites semelhantes, tanto em seus motifs quanto em sua baixa quantidade no genoma.

O cariótipo de um indivíduo é composto pelos cromossomos autossômicos e sexuais. Os cromossomos sexuais são aqueles que determinam o sexo de um indivíduo e, nos mamíferos ocorre o sistema XY. As fêmeas possuem um par de cromossomos X e os machos possuem um cromossomo X e um Y, que pareiam durante a meiose. Já os cromossomos autossômicos determinam as outras características hereditárias.

Nos mamíferos, temos um par de cromossomos sexuais e diversos pares, variando em número a depender do organismo, de cromossomos autossômicos. Mas toda regra tem uma exceção, e os Monotremados são um dos poucos mamíferos que não seguem essa regra. No caso do ornitorrinco, temos 5 pares de cromossomos sexuais, o que é uma característica impressionante. As fêmeas homogaméticas, com 5 pares XX, e os machos heterogaméticos, com 5 pares XY.

Para um balanço genético correto e viabilidade de um indivíduo, a herança desses cromossomos sexuais deve manter e perpetuar esse padrão, ao longo da mitose e da meiose. Como a mitose é um processo que gera células filhas idênticas, na divisão celular do ornitorrinco, com a formação do fuso mitótico, cada um dos 52 cromossomos, duplicados no estado de duas cromátides, são divididos (Figura 1a). Pelo fato de todos os cromossomos serem igualmente separados, em cada célula filha teremos 26 cromátides; para indivíduos fêmeas, teremos 10 cromátides de cromossomos sexuais X, sendo 5 advindas do pai e 5 advindas da mãe. Essas 10 cromátides são todas diferentes entre si, e na outra célula filha gerada na divisão celular haveria suas cromátides irmãs, cópias idênticas dessas mesmas 10. Para indivíduos machos 5 cromátides são advindas dos cromossomos X, herdados do gameta da mãe, e as outras 5 dos cromossomos Y, herdados do gameta do pai; somadas resultam também em 10 cromátides advindas de cromossomos sexuais (Figura 1a-b).

O outro processo de divisão celular, a meiose, restrita à geração de gametas, é bastante semelhante, entretanto gera células filhas haplóides (com metade do número de cromossomos da célula mãe), e para isso ocorrem etapas ligeiramente diferentes (Figura 2). A etapa mais relevante à curiosa presença de 5 pares de cromossomos sexuais ocorre na meiose 1.

Nessa etapa os cromossomos dispõem-se em pares de cromossomos homólogos; cada membro é originário de um dos parentais. Nos machos, o pareamento dos cromossomos sexuais é entre os cromossomos X e Y; esses cromossomos sexuais devem ser igualmente separados para a formação de gametas com cargas genéticas corretas, ou seja, contendo apenas cromossomos sexuais X ou contendo apenas cromossomos sexuais Y (Figura 2). Para que isso ocorra, um mecanismo próprio dos Monotremados se estabeleceu, que garante a correta formação de gametas. Durante a meiose, para os cromossomos sexuais dos Monotremados machos, há a formação de uma cadeia, ou seja, uma sequência contínua de cromossomos sexuais interligados entre si (Figura 3).

Para entender esse processo, é importante conhecer uma característica do cariótipo do ornitorrinco. Os cromossomos autossômicos desse animal são ordenados de acordo com seu tamanho, sendo o maior deles o cromossomo 1, o segundo maior o cromossomo 2 e assim por diante. No caso dos cromossomos sexuais, a denominação não é de acordo com o tamanho deles. De início, apenas os cromossomos X tinham seu conteúdo conhecido, ao serem utilizadas células de um ornitorrinco fêmea no sequenciamento. Os estudos que se seguiram, e a homologia observada com os outros animais, permitiu designar o nome dos cromossomos. O critério utilizado foi denominá-los sequencialmente de acordo com o aparecimento na cadeia de cromossomos formada na meiose dos machos.

Posteriormente ao sequenciamento, outros estudos levaram à caracterização dessa cadeia de cromossomos formada na meiose, exclusiva de indivíduos macho. Essa caracterização também acarretou à elucidação da presença de 5 pares de cromossomos sexuais nos ornitorrincos. Sendo assim, foi adotado para a nomenclatura dos cromossomos sexuais, a partir dos cromossomos X, um critério de acordo com a ordem de aparecimento na cadeia. Em uma extremidade estaria o cromossomo X₁ e na outra o cromossomo X₅, e entre eles os cromossomos X₂X₃X₄, respectivamente. O maior conhecimento do conteúdo genético dos cromossomos X foi essencial para identificá-los e utilizá-los como parâmetro.

X e Y são homólogos apenas nas extremidades, pelas quais pareiam e realizam recombinação. Os cromossomos Y  apresentam-se intercalados aos cromossomos X nessa cadeia, e, além disso, acompanham a mesma ordem em relação aos seus homólogos. Então, o primeiro cromossomo Y a aparecer nessa cadeia é o cromossomo Y₁, que é homólogo ao primeiro cromossomo X₁. Da mesma forma, o último cromossomo Y₅ é homólogo ao X₅. Com isso a ordem da cadeia observada é X₁Y₁X₂Y₂X₃Y₃X₄Y₄X₅Y₅ (Figura 3). Essa organização da cadeia é essencial para a perpetuação dessa espécie de Monotremado. Apesar de ornitorrincos fêmea não formarem essa cadeia, é importante notar que esses indivíduos teriam um cariótipo homogamético X₁X₁X₂X₂X₃X₃X₄X₄X₅X₅, em oposição ao cariótipo heterogamético que ocorre nos machos.

Essa cadeia meiótica de cromossomos permite a manutenção do balanço genético para a formação de gametas. Apenas ocorrem duas possibilidades, em um gameta estarão presentes apenas cromossomos X ou Y, condizentes com o sistema XY. Ao passo que a segregação dos cromossomos para os pólos opostos da célula mãe, nessa etapa da divisão, ocorre de forma alternada dentro da cadeia X₁Y₁X₂Y₂X₃Y₃X₄Y₄X₅Y₅ (Figura 3). Esse mecanismo é altamente eficaz, já foi repetidamente comprovado e sua capacidade de gerar células com cariótipos esperados é excepcional.

Nos machos, essa estrutura que se apresenta na ordem X₁Y₁X₂Y₂X₃Y₃X₄Y₄X₅Y₅ se dá pela presença de regiões homólogas nos cromossomos vizinhos na cadeia, que pareiam entre si. As regiões de pareamento correspondem às extremidades dos cromossomos, de forma que uma região terminal do cromossomo X₁ pareia com uma das pontas do cromossomo Y₁, e a outra extremidade desse último pareia com uma região terminal do cromossomo X₂, enquanto sua outra região terminal pareia com uma extremidade do cromossomo Y₂. Esse processo repete-se pelo resto da cadeia até o último pareamento entre a região terminal do cromossomo X₅ com uma das extremidades do cromossomo Y₅ (Figura 3).

Essas regiões de pareamento são caracterizadas pela presença de conteúdo pseudoautossômico, possuindo homologia entre os cromossomos X e Y. As regiões pseudoautossômicas estão presentes nas extremidades dos cromossomos sexuais dos vertebrados e são responsáveis pelas recombinações que ainda ocorrem nesses pares de cromossomos. Regiões ou genes que são específicos para os diferentes sexos dos animais, e que, muitas vezes, estão relacionados com o início do processo de diferenciação sexual, não costumam ocorrer nessas regiões pseudoautossômicas.

Nos mamíferos, o principal gene de diferenciação sexual é o SRY (sex-determining region Y), que inicia os mecanismos que acarretam no desenvolvimento de testículos. Curiosamente, os Monotremados também são exceção à regra, não possuindo o gene SRY. Esse gene de diferenciação sexual, que determina o sexo de todos os outros mamíferos, evoluiu do gene SOX9, que está presente nos Monotremados. Todavia, o gene SOX9 é um gene autossômico no ornitorrinco e nas equidnas, não sendo um forte candidato a gene de determinação sexual.

Nos Monotremados foi identificado o gene DMRT1 no cromossomo X₅, e a ocorrência de sua expressão nas gônadas. Esse gene é responsável pela determinação sexual em pássaros, requerendo uma cópia em cada cromossomo homólogo Z, no sistema ZW. O gene DMRT1 leva a diferenciação sexual de machos, que são homogemeticos ZZ, apresentando portanto duas cópias desse gene. Nos ornitorrincos, porém, ao ocorrer no cromossomo X₅ e não ocorrer em nenhum dos cromossomos Y, o contrário ocorre em relação a quantidade total de cópias nos cromossomos sexuais. Em pássaros, são observadas 2 cópias em machos e 1 em fêmeas, em ornitorrincos, são observadas 1 cópia em machos e 2 em fêmeas, tornando improvável que o gene DMRT1 seja responsável pela determinação sexual nos monotremados.

A presença do gene DMRT1 está relacionada à alta homologia entre o cromossomo X₅ dos monotremados e o cromossomo Z dos pássaros. Além do X₅, outros cromossomos sexuais apresentam homologia com o cromossomo Z; nos cromossomos X₁, X₂, e X₃ é possível encontrar genes órtologos aos do cromossomo Z. Diversos outros cromossomos desses organismos compartilham homologia. Este fato, somado a posição filogenética dos ornitorrincos, compondo o grupo dos mamíferos com a divergência mais antiga, tornam os cromossomos sexuais dos Monotremados alvos excelentes para o estudo da evolução dos cromossomos sexuais e sobre o surgimento do sistema XY presente nos Theria.

Os cromossomos sexuais surgiram a partir de um par de cromossomos autossômicos. Por rearranjos cromossômicos, apenas um do par autossômico adquiriu um fator que, geralmente, acarreta na diferenciação das gônadas masculinas. Consequentemente, outros genes ligados à diferenciação sexual masculina foram acumulando-se nesse cromossomo. Outras características genéticas foram surgindo nesse cromossomo, como a supressão da recombinação, para evitar que essa região fosse transferida a outro cromossomo. Da mesma forma, o outro homólogo sofreu alterações características do cariótipo fêmea.

A alta homologia entre os cromossomos sexuais dos pássaros e dos monotremados corrobora que os cromossomos sexuais já existiam há milhões de anos em um ancestral comum. Além disso, a falta de homologia entre os cromossomos sexuais dos Prototheria e dos Theria, e a não existência do gene de determinação sexual SRY nesse primeiro grupo, indica que o sistema adotado pelos placentários e marsupiais surgiu recentemente.

Outro fato ainda mais impressionante, observado a partir da alta homologia entre o cromossomo X₁, presente em uma extremidade da cadeia meiótica, e o cromossomo Y₅, presente na outra extremidade dessa cadeia, é que esses cromossomos deveriam possuir uma região de pareamento em suas extremidades, que foi perdida. Isso permite inferir que, para esses animais, o cromossomo sexual ancestral formava uma estrutura de “anel”. Eventualmente, essa estrutura foi partida, provavelmente por um evento de translocação, e hoje é observada a formação de cadeia múltipla. Um cromossomo em configuração de anel já foi descrito em plantas, mas nunca em cariótipos normais de animais.

O evento de translocação, que provavelmente quebrou a configuração de anel, pode ter sido relacionado a adição do gene AMH. Tal gene (AMHY) está presente no cromossomo Y₅ e no cromossomo X₁ (AMHX). Provavelmente, havia uma relação ancestral entre os cromossomos X₁ e Y₅, corroborada pelo fato de que ambos cromossomos compartilham genes mais ancestrais em relação aos outros cromossomos sexuais. Nesses últimos, a homolgia foi alterada por translocações, recombinações e outros eventos que ocorreram após a quebra da conformação em anel.

Translocações atuaram em todos os cromossomos sexuais, acrescentando as regiões pseudoautossômicas, que inicialmente podem ter sido adicionadas ao cromossomo X e recombinadas ao Y. Outros eventos modificaram ainda mais esses cromossomos. Nos cromossomos Y, podem ter ocorrido eventos de degeneração de regiões não associadas a regulação sexual, ou a inserção de heterocromatina, acarretando na perda e diminuição desses cromossomos. As mutações nos cromossomos Y parecem ter sido mais comuns e levaram a eventos evolutivos, uma vez que a espermatogênese envolve mais divisões celulares que a ovocitogênese.O gene AMH (gene do hormônio antimülleriano) atualmente é tido como o principal candidato a gene de determinação sexual dos Monotremados. Esse gene está altamente relacionado à cascata de eventos que ocorrem na diferenciação sexual de vertebrados, bloqueando a diferenciação sexual feminina e, consequentemente promovendo a diferenciação sexual masculina. Ele está fortemente associado à determinação sexual em espécies de répteis e é identificado como o gene de diferenciação sexual em alguns peixes. A sua presença no cromossomo Y₅, o mais degenerado e provavelmente com maior chance de conter o gene de determinação sexual, corroboram seu papel na determinação sexual.

ALBERTS, Bruce et al. Meiosis. In: Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Garland Science, 2002.

“Meiosis” by Laboratoires Servier is licensed under CC BY-SA 3.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/?ref=openverse.

“Chromosomes et allèles 2” by Servier Medical Art is licensed under CC BY 2.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/?ref=openverse.

“Chromosomes et allèles 5” by Servier Medical Art is licensed under CC BY 2.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/?ref=openverse.

“Chromosomes et allèles 6” by Servier Medical Art is licensed under CC BY 2.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/?ref=openverse.

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“Meiosis” by Naré, postado por Tacomouse em  22 de Junho de 2006. Disponível em: https://www.newgrounds.com/portal/view/320223

“2.36 Meiosis” ………………. Disponível em: https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-biology-flexbook-2.0/section/2.36/primary/lesson/meiosis-bio/

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