Post on 20-Jan-2019
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Melhoramento de
plantas
Prof. Dr. João Antonio da Costa Andrade
Departamento de Biologia e Zootecnia
PLANTAS AUTÓGAMAS
Máximo de 5 % de cruzamento;
Cultivar em autógama;
Uma linhagem pura;
Mistura de linhagens puras;
Manutenção indefinida;
Qualquer um pode usar como semente os grãos colhidos na lavoura;
Híbridos?
MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS
Métodos de melhoramento sem hibridação;
Introdução de linhagens;
Ausência de um programa próprio;
Necessidade da recomendação de algo;
Envolve introdução, avaliação, seleção e multiplicação da (s) melhor (es).
Seleção de linhas puras
Material colhido de agricultores (normalmente mistura de linhas puras);
Colheita de plantas individuais (famílias);
Avaliação na safra seguinte, sem repetição, com testemunha intercalar (blocos aumentados);
Seleção das melhores e novas avaliações com repetições e multiplicação.
MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS
Simbologia:
F1, F2, .......Fn – gerações de autofecundação;
S0 - população resultante de recombinação ou cruzamento de vários parentais;
Corresponde a F2, S1 a F3 e assim por diante;
Fy:x – y é a geração da planta colhida individualmente e x é a geração das sementes dessa planta, utilizadas para avaliação;
RCxy – x é o pai recorrente e y é o número de retrocruzamentos;
Quando se deixa autofecundar um retrocruzamento se introduz a notação F RC.
Frequência de homozigotos e heterozigotos ao longo das gerações de autofecundação
F1 F2 F3 F4 Fx
Homozigotos 0 1/2 3/4 7/8 ...... 1-(1/2)(x-1)
Heterozigotos 1 1/2 1/4 1/8 ...... (1/2)(x-1)
Para os locos inicialmente em heterozigose!!!!!! E se forem usadas mais de duas linhagens parentais?
• Frequência de heterozigotos em uma geração x para um loco: Fx = (1/2)x-1;
• Frequência de homozigotos em uma geração x para um loco: Fx = 1-(1/2)x-1;
• F∞ - mistura de indivíduos totalmente homozigóticos;
• Número de linhagens puras considerando n locos; p alelos por loco: NLP = pn;
O que é esperado para vários locos?
• a = freq. de homozigose em um loco = 1-(1/2)x-1;
• b = freq. de heterozigose em um loco = (1/2)x-1;
• x = número de gerações de autofecundação;
• n = número de locos;
• Os locos em homozigose e heterozigose se distribuem de forma binomial na geração x.
(a+b)n = [(2(x-1)-1) + 1]n (ALLARD, 1971).
O que é esperado com 4 locos (n=4) na geração F5 (x=5)
• [(2(x-1)-1) + 1]n = [(24 – 1) + 1]4 = [15 +1]4
• 154 + 4(15)3.1 + 6(15)2. 12 + 4(15)1.13 + 14
• 50.625 homozigotos para 4 locos - 154
• 13.500 homozigotos para 3 locos - 4(15)3.1
• 1.350 homozigotos para 2 locos - 6(15)2.12
• 60 homozigotos para 1 loco - 4(15)1.13
• 1 heterozigoto para 4 locos - 14
Polêmica sobre a seleção precoce
• Número de plantas para manter todos os alelos favoráveis em homozigose diminui geração a geração;
• Número de plantas para manter todos os alelos favoráveis em homozigose e/ou heterozigose aumenta geração após geração;
• Número de indivíduos em F2 não precisa ser alto, mas precisa ser aumentado nas gerações seguintes.
G
Freq Hom.
1-(1/2)x-1
Freq. Het.
(1/2)x-1
Freq Hom.
Favorável [(1/2)[1-(1/2)x-1]
Freq. HF para
11 locos [(1/2)(1-(1/2)x-1]11
Freq.
HF + Het. [(1/2)[1-(1/2)x-1]+(1/2)x-1
FHF+Het
para 11 locos {[1/2)[1-(1/2)x-1]+(1/2)x-1}11
F1 0 1 0 (0)11 1 (1) 11
F2 1/2 1/2 1/4 (1/4) 11 (12.564.988)
3/4 (3/4) 11
(69)
F3 3/4 1/4 3/8 (3/8) 11 5/8 (5/8) 11
F4 7/8 1/8 7/16 (7/16) 11 9/16 (9/16) 11
F5 15/16 1/16 15/32 (15/32) 11 17/32 (17/32) 11
F6 31/32 1/32 31/64 (31/64) 11
(8.698) 33/64 (33/64) 11
(4.372)
: : : : : : :
F∞ 1 0 1/2 (1/2) 11
(6.134) 1/2 (1/2) 11
(6.134)
Seleção precoce
• Eficiência questionável (altamente dependente da herdabilidade);
• rFx: G∞ = rGx:G∞ ;
• rGx:G∞ = ;
• Ix = Coeficiente de endogamia na geração x;
• I∞ = Coeficiente de endogamia na geração ∞;
• rGx:G∞ - normalmente é alta.
2h
)1/()1( II x
Conclusão: Seleção em gerações precoces apenas para caracteres qualitativos ou quantitativos de alta herdabilidade.
•Populações com média alta e grande variabilidade;
•Exemplo: Buscando homozigose favorável para 16 locos;
•População heterozigótica para 16 locos – probabilidade de 1 em 65.536 (6,6 ha);
•População heterozigótica para 20 locos - probabilidade de 1 em 169 (169 m2);
•População heterozigótica para 22 locos - probabilidade de 1 em 38 (38 m2);
•Aumento de 10 na variabilidade implica diminuição de 77% nos custos.
Escolha dos genitores
Escolha pela média do caráter em questão:
• Pais de origem diferente;
• Análise de divergência genética
•Análise multivariada;
•Marcadores moleculares.
Importante:
•Genitores com médias altas não implica que o híbrido irá gerar população com boa variabilidade;
•Pode haver divergência para marcadores e não para os caracteres de interesse.
Escolha pelo desempenho da progênie:
•Dialelos completos, parciais, circulantes (CGC e CEC);
•Predições;
• , onde:
•Zi é a probabilidade de obter, em F∞, linhagem superior à testemunha;
• é a média da testemunha;
• é a média das famílias obtidas de plantas F2;
• é a variância das famílias obtidas de plantas F2;
• é a variância ambiental;
22
22 2/)(iEiii FCZ
C
2
2i
iF2
2
Ei
•Estimativa m + a’ = 2F2 – F1 = 2F3 – F2;
•m é a média fenotípica de todas as linhagens possíveis na geração F∞;
•a’ é o somatório dos efeitos dos locos fixados nos genitores, ou seja aqueles não contrastantes.
•Não esquecer da variabilidade!!!!!
•Preferência – utilizar menor número de famílias e maior número de cruzamentos;
•Apenas cruzamentos biparentais;
•Cruzamentos triplos (quando um dos parentais tem maior interesse) ou participação igual;
•(LAxLB)xLC;
•LAxLB + LAxLC + LBxLC (mistura dos três);
•(LAxLB )x(LAxLC )+(LAxLB )x(LBxLC)+(LAxLC )x(LBxLC);
Obtenção das populações segregantes
Obtenção das populações segregantes
• Com 4 genitores - Híbrido duplo ou com um parental contribuindo mais;
• (L1xL2 )x(L3xL4);
• [(L1xL2)xL3]xL4;
• Híbrido múltiplo (Ex. com 8 parentais);
• {[(L1xL2)x(L3xL4)]x[(L5xL6)x(L7xL8)]}
Obtenção das populações segregantes
•Cônico com 8 parentais
•Cruzamento dois a dois sobrepostos;
•Novo cruzamento dois a dois sem coincidir parental;
•Novo cruzamento dois a dois sem coincidir parental;
•8 populações com participação igual de cada parental.
Obtenção das populações segregantes Cônico com 8 parentais
L1xL2 L2xL3 L3xL4 L4xL5 L5xL6 L6xL7 L7xL8 L8xL1
(L1xL2) X
(L3xL4)
(L2xL3) X
(L4xL5)
(L3xL4) X
(L5xL6)
(L4xL5) X
(L6xL7)
(L5xL6) X
(L7xL8)
(L6xL7) X
(L8xL1)
(L7xL8) X
(L1xL2)
(L8xL1) X
(L2xL3)
(L1L2L3L4) X
(L5L6L7L8)
(L2L3L4L5) X
(L6L7L8L1)
(L3L4L5L6) X
(L7L8L1L2)
(L4L5L6L7) X
(L8L1L2L3)
(L5L6L7L8) X
(L1L2L3L4)
(L6L7L8L1) X
(L2L3L4L5)
(L7L8L1L2) X
(L3L4L5L6)
(L8L1L2L3) X
(L4L5L6L7)
MELHORAMENTO DE ESPÉCIES ALÓGAMAS
• 95% de cruzamento;
• Plantas oriundas de gametas femininos e masculinos de plantas diferentes;
• Exemplos – Milho, Girassol, Eucalipto, Cana-de-açúcar, Mandioca, Cenoura, Cebola, Beterraba, Brássicas, Manga, Abacate, Maçã, Kiwi, Aroeira.
• Mecanismos que favorecem a alogamia;
• Monoicia (separados na mesma planta);
• Dioicia (Kiwi, Aroeira);
• Com flores completas;
• Protoginia;
• Protandria;
• Autoincompatibilidade
Autoincompatibilidade (série alélica s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9)
• Gametofítica – Situação em que o grão de pólen não forma
tubo polínico (não germina) se o genótipo materno (tecido do
estigma) possuir um alelo idêntico ao dele; PÓLEN
S1 S3 S4 S2
S1 S2
S1 S2
S1 S3
S2 S4
S3 S4
Esporofítica – Situação em que o grão de pólen não forma tubo
polínico (não germina) no estigma de uma planta que tenha, em
seu genótipo, algum alelo em comum com a planta mãe do grão
de pólen;
PÓLEN
S1 S2 S3 S4 S3 S4
S1 S2
PÓLEN DE
PLANTAS:
S1 S2
S1 S3
S2 S4
S3 S4
• Protandria - maturação do androceu antes que o gineceu;
• Protoginia - maturação do gineceu antes que o androceu.
• Parte dos locos em homozigose e parte em heterozigose (consequências para o desenvolvimento de cultivares); •“Carga genética” – Alelos recessivos deletérios ou letais escondidos; •Depressão por endogamia devido à “carga genética”; •Não transfere genótipos para a descendência, exceto as de propagação vegetativa; •Endogamia usada para obtenção de linhagens puras para produção de híbridos; •Melhoramento populacional – Modificação na frequência alélica e genotípica.
Grupos de métodos de melhoramento de alógamas sem propagação vegetativa
• Melhoramento de populações
•Seleção recorrente intrapopulacional;
•Seleção recorrente interpopulacional;
• Formação de híbridos.
Melhoramento de populações
• Obtenção das populações;
•Boa média;
•Variabilidade genética;
•Estudos básicos de herança;
•Dialelos com predição de performance.
• Métodos baseados em indivíduos ou progênies.
• Herança do caráter;
•Variância genética aditiva;
•Variância genética dominante;
•Coeficientes de herdabilidade;
•Ganhos com seleção;
•Grau médio de dominância;
•Heterose;
•Depressão por endogamia.
• Seleção recorrente;
• Processo cíclico de melhoramento;
• Objetivo: Melhorar a performance de populações para servirem como fontes de novos híbridos ou clones (Autor praticamente descarta as variedades);
• Variabilidade genética mantida em níveis adequados para permitir o melhoramento contínuo;
• Atividade de médio e longo prazo;
• Intrapopulacional e interpopulacional (SRR);
• Normalmente quatro etapas;
• Obtenção de progênies ou indivíduos;
• Avaliação das progênies ou indivíduos;
• Seleção das progênies ou indivíduos superiores;
• Recombinação das progênies selecionadas ou indivíduos selecionados;
Seleção Recorrente Intrapopulacional Retirada das progênies
Avaliação das progênies
Cn.........C4 C3 C2 C1 C0
Seleção das melhores progênies
Recombinação das progênies selecionadas
Principais tipos de progênies
• Meios irmãos (MI);
• Irmãos germanos ou irmãos completos (IG);
• Endogâmicas S1;
• Endogâmicas S2;
• Endogâmicas S3 ;
• Indivíduos
OS MÉTODOS
• Seleção massal;
• Seleção massal estratificada;
• Seleção espiga por fileira;
• Seleção espiga por fileira modificado;
• Seleção entre e dentro de progênies;
•Meios irmãos
•Irmão germanos
•S1, S2 ....
•Dois tipos de progênies;
•Combinação de métodos;
Também pode ser avaliadas as progênies S1 e recombinadas as meias irmãs.
S1 MI INTRA S1 MI INTRA
UR US UR US (RECOMB.) (AVALIAÇÃO) (RECOMB.) (AVALIAÇÃO)
SELEÇÃO ENTRE PROGÊNIES DE MEIAS IRMÃS COM RECOMBINAÇÃO DE S1, OU VICE-VERSA
Obtenção das progênies
• Caracteres de alta herdabilidade – Seleção no momento da obtenção;
• Dois tipos de progênies – Um para avaliação, outro para recombinação;
• Pode ser feito fora de época?
Avaliação das progênies
• Local e época representativos;
• Avaliação fenotípica (“olhômetro”);
• Utilização de algum equipamento;
• Diversos delineamentos experimentais;
•Blocos;
•Blocos aumentados;
•Látice.
Seleção
• Unidade de seleção é a média da progênie;
• Para apenas um ou alguns caracteres;
• Índice de seleção – Yj = b1X1j + b2X2j + ......+ bnXnj
(b1, b2, .... bn – Valores de ponderação conforme a importância e as correlações genéticas);
• Intensidade – Elevada ou reduzida;
• Tamanho efetivo;
•40, 20 e 10 para programas de longo , médio e curto prazos, visando linhagens para obtenção de híbridos;
•30 a 40 quando se visa variedade.
Recombinação
• Objetivo é gerar variabilidade para o próximo ciclo;
• Perenes e semi-perenes - ocorre sobreposição de gerações (próprias plantas que geraram as progênies são selecionadas);
• Anuais – próprias progênies ou outras progênies;
• Cruzamentos dialélicos, mistura de sementes ou linhas de macho e fêmea;
• Equilíbrio? (Suficiente para gerar variabilidade).