- Mendel e as bases físicas e cromossômicas da Hereditariedade A compreensão dos mecanismos envolvidos na determinação das características hereditárias, os fenômenos que permitem a produção de considerável variabilidade genética, essenciais para a manutenção e perpetuação das espécies, sempre constituíram questões centrais da ciência. Diversas hipóteses foram formuladas, desde a Grécia Antiga até o século XIX, na tentativa de responder à questões sobre hereditariedade. As bases físicas e cromossômicas que explicam a segregação dos fatores hereditários na formação dos gametas só puderam ser demonstradas a partir da redescoberta, em 1900, por três botânicos, Hugo de Vries, Erich Von Tschermak e Carl Correns, do trabalho publicado pelo monge Gregor Mendel, em 1866 (Sturtevant, 1965; Snustad & Simmons, 2008; Griffiths et al., 2009). Este fato foi fundamental para o estabelecimento de uma nova ciência, a genética, e para todo a produção de conhecimento posterior. Gregor Mendel (1822-1884), realizou experimentos com ervilha de jardim (Pisum sativum), os quais forneceram as bases para compreensão dos mecanismos que regem a transmissão das características hereditárias. A partir da escolha de sete características morfológicas de ervilhas, Mendel realizou cruzamentos nos quais cada característica foi analisada isoladamente (cruzamentos monoíbridos). Para todas as características escolhidas, Mendel constituiu uma geração só com indivíduos puros, de dois tipos distintos e denominou essa geração de Parental (P). A prole da geração P foi chamada de Geração Filial 1 (F1) e era constituída apenas de indivíduos que apresentaram um dos tipos (caráter dominante). A partir da auto-fertilização de F1, formou-se a geração F2, a qual apresentava os dois tipos representantes da geração P, na proporção de 3:1. O conjunto dos resultados obtidos nos cruzamentos monoíbridos levou o Monge ao estabelecimento da, atualmente conhecida, primeira Lei de Mendel: “Os pares de fatores hereditários se separam na formação dos gametas”. Em um segundo momento, Mendel realizou experimentos cruzando, desta vez, duas características simultaneamente. Após constituir e cruzar a geração Parental, foi obtida uma geração F1 apenas com indivíduos portadores das variantes ditas dominantes. A auto-fertilização de F1 levou à produção de uma prole (F2) na proporção de 9:3:3:1. Mendel chegou à conclusão de que tal proporção equivalia à proporção de 3:1, dos cruzamentos monoíbridos, elevado ao quadrado. A análise destes resultados à luz das regras da probabilidade de que, a chance de dois ou mais eventos independentes ocorrerem ao mesmo tempo é o produto das probabilidades de eles ocorrerem separadamente, indicaram que os fatores responsáveis pela determinação de cada característica segregavam independentemente (Princípio da segregação independente, ou Segunda lei de Mendel). As Primeira e Segunda Leis de Mendel, assim denominadas posteriormente graças ao estabelecimento da Teoria Cromossômica, fornecem as bases conceituais para todos os mecanismos envolvidos na transmissão das características hereditárias. Por essa razão, Mendel ficou conhecido como o “Pai da Genética” (Sturtevant, 1965; Snustad & Simmons, 2008; Griffiths et al., 2009). - Thomas Hunt Morgan e a Drosophila melanogaster As primeiras décadas do século XX foram marcadas por descobertas revolucionárias voltadas para a identificação dos diversos aspectos envolvidos na transmissão de características hereditárias. Segundo Mayr (1998), a história da Genética se divide em dois períodos, o primeiro do ano 1900 até mais ou menos o ano 1909, e o segundo, a partir de 1910. O laboratório das moscas (“the fly room”), como foi denominado, foi montado em 1909, na Universidade de Columbia, Nova York, e assim foi mantido por 17 anos, tendo em seu comando Thomas Hunt Morgan e três dos seus estudantes: C. Bridges, A. H. Sturtevant e H. J. Muller. Morgan e seus colaboradores foram, portanto, os responsáveis pela introdução da Drosophila melanogaster como organismo modelo para estudos em hereditariedade. Sob uma atmosfera efervescente e produtiva, alguns dos principais aspectos da genética clássica foram reconhecidos a partir de experimentos ali realizados. Tais foram: o primeiro método de mapeamento cromossômico, baseado na relação de proporcionalidade entre número de recombinantes e a distância e ordem dos genes nos cromossomos; o primeiro caso observado sobre ligação entre genes autossômicos; a observação do fenômeno da não disjunção cromossômica, bem como a descoberta da não ocorrência de crossing over em machos de drosófilas (Sturtevant, 1965). O conjunto das produções científicas produzidas pela utilização da D. melanogaster levou Morgan a receber o prêmio Nobel em 1933. O desenvolvimento da genética no Brasil está ligado ao estudos que Teodosius Dobzhansky realizou nas décadas de 40 e 50 do século passado, pelo emprego das drosófilas, através de parcerias com pesquisadores brasileiros, como o Clodovaldo Pavan e André Dreyfus. Assim, pode-se dizer que o uso da D. melanogaster foi fundamental para o desenvolvimento da Genética no Brasil (Sepel & Loreto, 2010). Desde então, a mosca-da-fruta vem sendo utilizado em experimentos diversos, tanto na genética como na biologia do desenvolvimento. Na era da genômica, por exemplo, os estudos com drosófilas constituem parte fundamental em estudos filogenéticos, pela comparação do genoma desta com outros genomas, bem como em estudos em medicina molecular (Rubin & Lewis, 2000). - A Drosophila melanogaster A Drosophila melanogaster (mosca-do-vinagre, mosca-da-banana, mosca-de-frutas) pertence ao grupo melanogaster. Possuem características como serem amareladas, possuírem receptáculo ventral relativamente longo, testículos espiralados medianamente longos, não têm áreas foscas nos tergidos, larvas não saltam, pentes sexuais presentes nos machos, escutelares anteriores convergentes, aparentemente nativas das regiões tropicais e subtropicais do Velho Mundo, mas algumas delas hoje estão amplamente distribuídas. No decurso do seu ciclo de vida, a Drosophila passa por uma fase de ovo (0,5 mm.), decorrendo a embriogénese em cerca de 24 horas. Eclode então uma 1a forma larvar que, ao fim de um dia, muda de cutícula e se transforma numa larva de 2a fase. Decorrido mais um dia a larva muda novamente de cutícula e transforma-se numa 3a fase larvar que aumenta significativamente de tamanho ao longo de três dias (4 mm). Nesta altura, a larva deixa de escavar galerias no meio de cultura semi-sólido e tem tendência a fugir da humidade, deslocando-se para zonas mais secas. Aqui, começa a ficar imóvel, segrega uma cutícula espessa e forma uma espécie de casulo denominada pupa (3 mm). Durante a fase de pupa, que demora cerca de cinco dias, ocorre metamorfose, a qual envolve a degradação de praticamente todos os tecidos larvares e a proliferação significativa dos discos imaginais. Estes são pequenos grupos de células, até então indiferenciados, que irão originar as estruturas do adulto (também conhecido por imago). Da pupa clode o indivíduo adulto (2 mm), que atinge a maturidade sexual ao fim de 12 horas e que tem uma esperança média de vida de 60 dias. Apenas ao fim de uma hora de eclosão da pupa é que as asas do adulto ficam completamente distendidas, apresentando até esta altura o aspecto de um pára-quedas por desembrulhar. Os adultos eclodem pouco pigmentados, e só ao fim de algumas horas é que se torna óbvia a coloração acastanhada do corpo e o padrão de listas escuras dos segmentos abdominais. Estes organismos são amplamente utilizados pelos geneticistas, graças às inúmeras vantagens que apresentam, como ciclo de vida curto, grande número de descendentes por cruzamento, cultivo simples e de baixo custo, número haplóide de cromossomos pequeno (n=4), ausência de eventos de permuta nos machos, existência de cromossomos politênicos, grande número de mutações já identificadas e analisadas. A D. melanogaster, além de ser amplamente utilizada em pesquisa, também pode ser um recurso didático de grande valia, tanto no ensino superior quanto na Educação Básica (Sepel & Loreto, 2010). De maneira eficiente e econômica, os professores podem abordar aspectos relacionados à reprodução, aos ciclos de desenvolvimento e os diversos padrões de herança, pelo desenvolvimento de habilidades de observação, registro e associação entre análise de resultados obtidos e elaboração de conclusões. A discussão de conceitos gerais, norteadores para compreensão dos mecanismos de hereditariedade, tais como: princípios mendelianos, ligação e recombinação, análise cromossômica, etc, que constituem conteúdo essencial do programa da matéria Biologia, pela execução de atividades práticas em laboratório, poderá contribuir efetivamente na formação do aluno de ensino médio, bem como sua inserção na iniciação científica.

1. As escolas envolvidas no projeto a) Instituto de Educação Gastão Guimarães b) Colégio Modelo Luís Eduardo Magalhães c) Centro Juvenil de Ciência e Cultura 2. Preparação e manutenção dos exemplares de D. melanogaster em laboratório Abaixo será listado como é feita a preparação e manutenção dos exemplares de D. melanogaster que serão fornecidos para uso em aulas práticas de Biologia no Ensino Médio. a) Preparação de meio de cultura adequado para a manutenção dos exemplares de D. melanogaster em laboratório. O meio de cultura é um prepararo à base de banana d’água e flocos de milho. Os procedimentos da cultura são os mesmos empregados em experimentos de pesquisa e ensino de genética. Após a preparação do meio, este será colocado em frascos de vidro, onde serão mantidas os diferentes fenótipos de moscas (selvagem, vestigial, white e sépia). Serão mantidas em laboratório sob condição de temperatura (18-25oC) e luz adequadas. 3. Observação das Drosófilas Esta é uma etapa importante que antecede a montagem dos experimentos e que deve ser sempre realizada. a)Observação cuidadosa do frasco de cultura de moscas dos diferentes fenótipos; b)Transferência de algumas moscas para o “eterizador”. Para tanto, deve-se substituir as tampas das duas garrafas pelos dois discos de acrílico e aproximar as garrafas pela boca com o eterizador voltado para cima. Cuidadosamente retirar os discos e deixe algumas moscas passarem para o eterizador. Utilizar novamente os discos e afastar as garrafas; voltar as tampas iniciais. Umedecer com éter a tampa do eterizador e aguardar as moscas adormecerem. As drosófilas devem permanecer no eterizador por cerca de 3 minutos, apenas para que adormeçam. A exposição prolongada pode levar o animal à morte. Se forem anestesiados muitos exemplares de uma só vez, coloque um funil invertido sobre elas contendo algodão com éter no orifício menor, para que não despertem durante a observação c) Observar as moscas com a lupa, caracterizando-as pela cor do corpo e dos olhos, tamanho e disposição das asas e a presença de cerdas no tórax. 4. Montagem dos experimentos As escolas interessadas receberão kits com as moscas para realização dos experimentos que seguirão as etapas descritas abaixo: Nesta atividade, serão realizados cruzamentos monohíbridos controlados, pela seleção de características hereditárias facilmente identificáveis, como cor dos olhos e forma da asa. Material necessário: a) Exemplares de D. melanogaster separados em linhagens selvagem e mutantes homozigóticas (puras) b) Frascos com meio de cultura c) Lupas d) Eterizador e) Placas de Petri, estiletes, pincéis, éter, papel filtro Procedimento a) Caracterização o material biológico em estudo b) Levantar hipóteses de trabalho com base em padrões de herança mendeliana c) Desenvolvimento em equipe um protocolo experimental, apresentando a linhagem mutante, a geração parental, a obtenção de F1, os endocruzamentos e a obtenção de F2 d) Elaboração uma ficha de registro de dados para acompanhamento do experimento e) Utilização de testes estatísticos para interpretação dos dados f) Realização de levantamento bibliográfico para fundamentação teórica do estudo g) Escrita de relatório científico final Depois de 7 a 10 dias, é necessário retirar a geração parental do frasco para que ela não cruze com sua F1, sendo necessário para isso o repique. É importante que as observações das características e repicagem sejam respeitadas. Qualquer falha neste processo pode resultar em retrocruzamentos que poderão alterar os resultados. Recomenda-se que sejam realizadas observações diárias. 5. Oficinas e Mini-cursos para os professores Serão oferecidos oficinas e mini-cursos para os professores da educação básica que estejam interessados em levar os experimentos com D. melanogaster para as escolas, bem como para os licenciandos de Ciências Biológicas da UEFS. Terão carga horária de 08 horas e acontecerão na UEFS e no CJCC.

Formar parcerias com instituições da Educação Básica da Rede Estadual de Educação para disseminar a importância da utilização da D. melanogaster como ferramenta didático-pedagógica facilitadora da aprendizagem no ensino da Genética e Evolução.

- Facilitar a compreensão dos mecanismos mendelianos de segregação cromossômica pela análise e discussão dos resultados obtidos em experimentos controlados em D. melanogaster; - Inserir os alunos da Educação Básica na experimentação científica pela execução de experimentos controlados em D. melanogaster; - Produzir material didático sobre o uso da D. Melanogaster como organismo-modelo nos estudos em Genética e Evolução; - Promover mini-cursos e oficinas voltados para os professores de Biologia da Educação Básica e licenciandos em Ciências Biológicas da UEFS para o treinamento na montagem de experimentos com D. melanogaster nas escolas, passando por todas as fases desde a preparação e manutenção das moscas em laboratório, observação dos insetos e montagem dos experimentos.

A análise do comportamento dos genes e suas implicações quanto à hereditariedade e variabilidade dos caracteres nos seres vivos, objeto de estudo da Genética, foi possível graças à redescoberta das experiências de Mendel em ervilhas, Pisum sativum, no começo do século XX. Em seguida, a condução de experimentos semelhantes utilizando as moscas de fruta, Drosophila melanogaster. pelo Thomas Hunt Morgan e seus colaboradores, permitiu o desenvolvimento da "Teoria Cromossômica da Hereditariedade" (leis básicas da Genética), a construção de mapas de ligação, os padrões de interações alélicas e a análise de cromossomos. Experiências com D. melanogaster são feitas no Brasil desde 1943, quando foram introduzidas por Theodosius Dobzhanski. Atualmente, na época da genética molecular, a mosca-da-fruta continua sendo um importante organismo modelo, com larga aplicação em estudos genômicos. Estes organismos são amplamente utilizados pelos geneticistas, graças às inúmeras vantagens que apresentam, como ciclo de vida curto, grande número de descendentes por cruzamento, cultivo simples e de baixo custo, número haplóide de cromossomos pequeno (n=4), ausência de eventos de permuta nos machos, existência de cromossomos politênicos, grande número de mutações já identificadas e analisadas. A D. melanogaster, além de ser amplamente utilizada em pesquisa, também pode ser um recurso didático de grande valia, tanto no ensino superior quanto na Educação Básica. De maneira eficiente e econômica, os professores podem abordar aspectos relacionados à reprodução, aos ciclos de desenvolvimento e os diversos padrões de herança, pelo desenvolvimento de habilidades de observação, registro e associação entre análise de resultados obtidos e elaboração de conclusões. A discussão de conceitos gerais, norteadores para compreensão dos mecanismos de hereditariedade, tais como: princípios mendelianos, ligação e recombinação, análise cromossômica, etc, que constituem conteúdo essencial do programa da matéria Biologia, pela execução de atividades práticas em laboratório, poderá contribuir efetivamente na formação e inserção da iniciação científica do aluno de ensino médio. A execução deste Projeto servirá como piloto para, a partir da análise dos resultados obtidos, viabilizarmos a implementação de um Programa permanente de colaboração entre a Uefs e outras Instituições de Ensino Básico da Rede Pública Estadual de Feira de Santana.