Melhoramento de lúpulo no Brasil:

Estratégias de seleção e desenvolvimento

de novas cultivares

José Baldin Pinheiro

Sumário Introdução

Visão Geral

Estratégias de Melhoramento

Desafios Futuros e Perspectivas

Melhoramento de Lúpulo

“international bittering (ou bitterness) units”, ou

“unidades internacionais de amargor”

“aromas que vão do cítrico ao herbal”

Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

Humulus lupulus L.

Centro de origem o oeste da Ásia e América do Norte

Diploide 2n=2x=20

Genoma ~2,8 Gb com conteúdo GC de ~40% e cerca de

35% de elementos transponíveis

Transposons: unidades de DNA que se movem dentro dos

genomas promovendo variabilidade genética e mutações.

Melhoramento de Lúpulo

- Termo criado, em 1920, por Hans Winkler, professor de

botânica na Universidade de Hamburgo

- Designa toda a informação hereditária de um organismo que

está codificada no seu DNA (Exons)

- Isto inclui tanto os genes como as sequências não

codificadoras (conhecidas como Introns = DNA-lixo)

Melhoramento de Lúpulo

GENOMA

To support the growing research community, we report the development of an online

resource "HopBase.org." In addition to providing a gene annotation to the existing

Shinsuwase draft genome, HopBase makes available genome assemblies and

annotations for both the cultivar “Teamaker” and male hop accession number USDA

21422M. These genome assemblies, gene annotations, along with other common data,

coupled with a genome browser and BLAST database enable the hop community to

enter the genomic age. The HopBase genomic resource is accessible

at http://hopbase.org and http://hopbase.cgrb.oregonstate.edu.

O que eu faço com o genoma??

Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

• Porque estudar variabilidade pelo DNA e

pelo perfil químico?

• Porquê organizar as cultivares?

• Plantas dioicas, H. lupulus (2n = 18 + XY)

Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Extração do DNA

Amostragem/coleta Perfil molecular

Melhoramento de Lúpulo

• Zoneamento de risco

• Descritores para registro de cultivares

• Agromorfológicos

• Genéticos/marcadores moleculares

• Químicos (ácidos, metabólitos, óleos…)

• Certificação de mudas (pureza genética)

• Pesquisas sobre a dinâmica da cadeia produtiva

(indicadores e custo de produção)

Desafios Futuros

Reunião

17/12/2019

Melhoramento de Lúpulo

Programa de Melhoramento Participativo

- Pesquisa em Rede

- Rápido e eficiente

- Sinergia de conhecimento

- Desenvolvimento da cadeia produtiva

- Retorno para todos os produtores e viveiristas

Melhoramento de Lúpulo

The role of genetics in mainstreaming the production of new and orphan crops to diversify food systems and support human nutrition

New Phytologist, Volume: 224, Issue: 1, Pages: 37-54, First published: 07 May 2019, DOI: (10.1111/nph.15895)

Aspectos Fenológicos

Melhoramento de Lúpulo

Cultura de clima temperado

Fotoperíodo de 15 horas de luz por dia

Temperatura média 15-19ºC

Vernalização

Ciclo de Maturação

Histórico de Melhoramento

Melhoramento de Lúpulo

Primeiras cultivares obtidas por meio de seleção

massal

Hibridações seguidas de seleção

Polinização aberta de genótipos femininos superiores

Variedades obtidas por duplicação cromossômica

seguida de hibridação

Seleção Recorrente

Traits

Melhoramento de Lúpulo

α e β-ácidos

Óleos essenciais

Precocidade

Resistência a

patógenos

Precocidade

Objetivos

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Objetivos

Cultivares adaptadas às condições

edafoclimáticas Brasileiras

Altos Teores de α e ɮ-ácidos (Lúpulos de

amargor)

Altos Teores óleos essenciais (Lúpulos de aroma)

Rendimento de cones (inflorescências femininas)

Cultivares precoces

Cultivares resistentes a patógenos e insetos

Melhoramento de Lúpulo

Cronograma e Estratégias de Melhoramento

Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

ES

ESTRATÉGIAS

• Speed Breeding

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

ESTRATÉGIAS

• Seleção Genômica

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

SNPs

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Análises

SNPs RAD-seq

Genoma Ref.

RNA - Seq

sem Genoma Ref.

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Total number of

Alleles (A)

Allelic richness (Ar)

Observed

Heterozygosity (Ho)

Expected

heterozygosity (He)

Inbreeding

coefficients (Fis)

Package

Adgenet

(Jombart,

2008)

Análises

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Herdabilidade caracteres

McAdam et al., 2014

Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Planta dióica

•PCR multiplex para detecção de machos

•100% de eficiência

Čerenak et al., 2019

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

EUA: Programa Nacional de Recursos Genéticos (NGRP)

Eslovênia: Instituto Esloveno de Pesquisa e Melhoramento de Lúpulo

Aquisição de Germoplasma

Melhoramento de Lúpulo

Alemanha: Hop Research Centre Hüll

Melhoramento de Lúpulo

Caracterização do Germoplasma

Melhoramento de Lúpulo

Desempenho per se

Estudos de divergência genética para

características morfo-agronômicas

Análises multivariadas

Análises capacidade combinação

Melhoramento

Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Regiões Edafoclimáticas

Clima Subtropical

de Altitude

Regiões Edafoclimáticas

Outono

Primavera

Melhoramento de Lúpulo

Fase Experimental

Plantio e avaliações sistemáticas

em campo

Melhoramento de Lúpulo

Fase de Teste Comercial

Plantio em larga escala e

Testes voltados à Indústria

Cervejeira ou

Farmacêutica

Melhoramento de Lúpulo

São José do Rio Preto (SP)

Passos (MG)

Joinville (SC)

Vacaria (RS) Francisco Beltrão (PR)

Petrópolis (RJ)

Valor de Cultivo e Uso

Clima Subtropical

com verão chuvoso e

inverno seco (Cwa)

Clima Classificado

como Temperado

(Cfb)

Clima Subtropical

de Altitude (Cwb)

Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Discussões abrangentes abordando:

• Gerenciamento de dados geoespaciais/Zoneamento de

risco/Descritores MAPA

• Harmonização de dados socioeconômicos e da cadeia

produtiva

• Esquemas de melhoramento acelerado / micropropagação

• Implementar seleções genômicas

• Fenotipagem de plantas com alto rendimento (machine

learning)

Obrigado! José Baldin Pinheiro

jbaldin@usp.br

Melhoramento de Lúpulo

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas

Melhoramento de Lúpulo

Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo