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12.8: Análise de Pedigree
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Pedigree Analysis
 
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12.8: Pedigree Analysis

12.8: Análise de Pedigree

Overview

A pedigree is a diagram displaying a family’s history of a trait. Analyzing pedigrees can reveal (1) whether a trait is dominant or recessive, (2) the type of chromosome, autosomal or sex, a trait is linked to, (3) genotypes of family members, and (4) probabilities of phenotypes in future generations. For families with a history of autosomal or sex-linked diseases, this information can be crucial to family planning.

Pedigrees Display Family Histories

In various plant and animal species, scientists study the inheritance of phenotypes, or traits, using carefully controlled mating experiments called crosses. For example, monohybrid crosses can establish trait dominance or recessiveness, and test crosses can determine the genotype (homozygous or heterozygous) of an organism exhibiting a known dominant phenotype.

Humans, however, cannot be ethically or feasibly crossed. Therefore, researchers analyze pedigrees, or family trees, to understand how human traits and diseases are inherited. Pedigrees display a family’s history of a trait across generations and family members. Using the same principles that apply to crosses to analyze reproductive events that have already occurred, information about trait heritability can be inferred.

Rows of a Pedigree Represent Generations of a Family

On a typical pedigree, squares represent males and circles represent females. Shaded squares or circles signify the presence of a trait of interest. Rows are generations, sometimes labeled with Roman numerals. The oldest generation comprises the top row, with each subsequent generation on separate rows. Within each generation, or row, family members may be labeled numerically from left to right and referred to by their generation and position. For instance, the second individual in the first generation is I-2.

A horizontal line connecting two parents is called a marriage line, although marriage is not necessarily involved. A vertical line of descent extending downward from a marriage line connects to a horizontal sibling line. Individuals connected to the line of descent via the sibling line are offspring. Individuals that are not directly connected to the sibling line entered the family via marriage lines, and are not biological offspring of the preceding generation.

Pedigrees Reveal Information about Trait and Disease Inheritance

Dominant traits are distributed differently than recessive traits. Inheritance is also distinct for traits determined by genes on sex chromosomes compared to traits linked to autosomes (non-sex chromosomes). By examining a trait’s presence and absence throughout a family’s history, pedigree analysis can provide information about trait inheritance. Although many diseases are influenced by multiple genes, several display Mendelian inheritance patterns. For these conditions, pedigrees can give important clues about the risk of disease inheritance and propagation.

Traits caused by genes on autosomes and requiring two allele copies to influence a phenotype are autosomal recessive. Several disorders are autosomal recessive, including cystic fibrosis, Tay-Sachs disease, and maple syrup urine disease. Most people with these diseases have heterozygous parents who do not have the condition but carry a causal allele.

These carriers can unknowingly impart the disease to their children, which partially explains why autosomal recessive diseases are more common than their dominant counterparts. Comparing generations on a pedigree can reveal whether an autosomal trait is dominant or recessive. Neither parent has the trait, but one child inherits it. Thus, it must be recessive.

Freckles and polydactylism (extra fingers or toes) are autosomal dominant traits in humans, requiring only one copy of the determining allele to influence phenotype. Autosomal dominant diseases, such as Huntington’s disease, afflict ~50% of offspring with one affected parent. Many of these diseases do not cause symptoms until later in life, after reproductive age. Children can inherit these diseases from unknowingly affected parents, highlighting the importance of analyzing family history. Although both parents exhibit the trait, one of their children does not. Since a cross between two recessive parents consistently produces a recessive phenotype, this trait must be dominant.

Traits Can Be Autosomal or Sex-linked

In addition to 44 autosomes, humans have two sex chromosomes, which are homologous in females (XX), but non-homologous in males (XY). Traits determined by sex chromosomes are sex-linked. Most sex-linked traits in humans are X-linked recessive. Only males can inherit Y-linked traits because females lack a Y chromosome. Additionally, the X chromosome contains ~800-900 protein-coding genes compared to ~70-80 on the Y chromosome.

X-linked traits include hemophilia, muscular dystrophy, and red-green color blindness. Since males have only one X chromosome, they are hemizygous (rather than homozygous or heterozygous) for an X-linked trait. Males are more susceptible to recessive X-linked traits than females because they have no second allele to potentially mask a causal recessive allele.

Visão Geral

Um pedigree é um diagrama que mostra a história de uma característica em uma família. Analisar pedigrees pode revelar (1) se uma característica é dominante ou recessiva, (2) o tipo de cromossoma, autossómico ou sexual, a que uma característica está ligada, (3) genótipos de membros da família, e (4) probabilidades de fenótipos nas gerações futuras. Para famílias com histórico de doenças autossómicas ou ligadas ao sexo, essas informações podem ser cruciais para o planeamento familiar.

Pedigrees Exibem Histórias Familiares

Em várias espécies vegetais e animais, os cientistas estudam a hereditariedade de fenótipos, ou características, usando experiências de acasalamento cuidadosamente controladas chamadas cruzamentos. Por exemplo, cruzamentos monoíbridos podem estabelecer dominância ou recessividade de características, e cruzamentos teste podem determinar o genótipo (homozigótico ou heterozigótico) de um organismo que exibe um fenótipo dominante conhecido.

Os humanos, no entanto, não podem ser eticamente ou fiavelmente cruzados. Portanto, os investigadores analisam pedigrees, ou árvores genealógicas, para entender como características e doenças humanas são herdadas. Pedigrees mostram a história de uma característica em uma família entre gerações e membros da família. Utilizando os mesmos princípios que se aplicam aos cruzamentos para analisar eventos reprodutivos que já ocorreram, informações sobre a hereditariedade da característica podem ser inferidas.

As Linhas de um Pedigree Representam Gerações de uma Família

Em um pedigree típico, quadrados representam machos e círculos representam fêmeas. Quadrados ou círculos sombreados significam a presença de uma característica de interesse. As linhas são gerações, às vezes rotuladas com algarismos romanos. A geração mais antiga compreende a linha de cima, com cada geração subsequente em linhas separadas. Dentro de cada geração, ou linha, os membros da família podem ser rotulados numericamente da esquerda para a direita e referidos pela sua geração e posição. Por exemplo, o segundo indivíduo na primeira geração é o I-2.

Uma linha horizontal que liga dois progenitores é chamada de linha de casamento, embora o casamento não esteja necessariamente envolvido. Uma linha vertical descendente que se estende por baixo de uma linha de casamento liga-se a uma linha horizontal de irmãos. Indivíduos ligados a essa linha vertical através da linha de irmãos são descendentes. Indivíduos que não estão diretamente ligados à linha de irmãos entraram na família através de linhas de casamento, e não são descendentes biológicos da geração anterior.

Pedigrees Revelam Informações Sobre a Hereditariedade de Características e Doenças

Características dominantes são distribuídas de forma diferente das características recessivas. A hereditariedade também é distinta para características determinadas por genes em cromossomas sexuais em comparação com características ligadas a autossomas (cromossomas não sexuais). Examinando a presença e a ausência de uma característica ao longo da história de uma família, a análise de pedigree pode fornecer informações sobre a hereditariedade de características. Embora muitas doenças sejam influenciadas por múltiplos genes, várias exibem padrões de hereditariedade Mendeliana. Para essas condições, os pedigrees podem dar pistas importantes sobre o risco de hereditariedade e propagação da doença.

Características causadas por genes em autossómicos e que requerem duas cópias do alelo para influenciarem um fenótipo são autossómicas recessivas. Vários distúrbios são autossómicos recessivos, incluindo a fibrose quística, doença de Tay-Sachs e doença do xarope de bordo. A maioria das pessoas com essas doenças tem pais heterozigóticos que não têm a condição, mas carregam um alelo causal.

Esses portadores podem, sem saber, transmitir a doença aos seus filhos, o que explica parcialmente por que doenças autossómicas recessivas são mais comuns do que as suas contrapartes dominantes. Comparar gerações em um pedigree pode revelar se uma característica autossómica é dominante ou recessiva. Nenhum dos pais tem a característica, mas uma criança herda-a. Assim, deve ser recessiva.

Sardas e polidactilismo (dedos extra das mãos ou dos pés) são características autossómicas dominantes em humanos, exigindo apenas uma cópia do alelo determinante para influenciar o fenótipo. Doenças autossómicas dominantes, como a doença de Huntington, afetam ~50% dos descendentes com um dos pais afetados. Muitas dessas doenças não causam sintomas até mais tarde na vida, após a idade reprodutiva. As crianças podem herdar essas doenças de pais que estejam afetados sem saberem, destacando a importância de analisar o histórico familiar. Embora ambos os pais apresentem a característica, um dos seus filhos não. Uma vez que um cruzamento entre dois progenitores recessivos produz consistentemente um fenótipo recessivo, essa característica deve ser dominante.

As Características Podem ser Autossómicas ou Ligadas ao Sexo

Além de 44 autossomas, os humanos têm dois cromossomas sexuais, que são homólogos em fêmeas (XX), mas não homólogos em machos (XY). Características determinadas por cromossomas sexuais estão ligadas ao sexo. A maioria das características ligadas ao sexo em humanos são recessivas ligadas ao cromossoma X. Só os machos podem herdar características ligadas ao cromossoma Y porque as fêmeas não têm um cromossoma Y. Além disso, o cromossoma X contém ~800-900 genes de codificação de proteínas em comparação com ~70-80 no cromossoma Y.

As características ligadas ao cromossoma X incluem hemofilia, distrofia muscular e daltonismo. Como os machos têm apenas um cromossoma X, eles são hemizigóticos (em vez de homozigóticos ou heterozigóticos) para uma característica ligada ao cromossoma X. Os machos são mais suscetíveis a características recessivas ligadas ao cromossoma X do que as fêmeas porque não têm um segundo alelo para potencialmente mascarar um alelo recessivo causal.


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