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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
MELHORAMENTO GENÉTICO DE PLANTAS§O que é melhoramento?ØMelhoramento ambiental;ØMelhoramento genético:Ø“Arte e a ciência que visam a modificação
genética das plantas para torná-las mais úteis ao homem”Ø“Aumento na freqüência de alelos e genótipos
favoráveis”Ø“Obtenção de bons genótipos”
Embora os avanços tecnológicos e cientifícos tenham contribuído de maneira substancial para o melhoramento genético, é importante salientar que, qualquer que seja a tecnologia empregada, a participação da seleção sempre foi fundamental para o êxito desejado.
Dr. Ernesto Paterniani
Como seriam algumas espécies alimentícias se não fossem modificadas geneticamente ao longo de
milenios
Domesticação:Ø Mais arte do que ciência;Ø Ocorrida em tempos remotos;Ø Hoje o melhoramento genético praticamente é só ciência;
“Importante é a interação entre melhoramento ambiental e genético”
Obtenção de bons genótiposApenas um genótipo:ØHeterozigótico (híbrido de linhagens puras,
clones de indivíduo heterozigoto);ØHomozigótico (linhagem pura).Vários genótiposØPredominantemente heterozigóticos (híbrido
triplo ou duplo);ØPredominantemente homozigóticos (Variedade
sintética, mistura de linhagens puras).
“VARIEDADES – CULTIVARES”Cultivar:
ØGenótipo ou grupo de genótipos com alguma característica específica ou simplesmente reunidos em um grupo (população), utilizado (s) comercialmente pelos agricultores.
“VARIEDADES – CULTIVARES”§Tipos de cultivares:ØLinhagem pura;ØMistura de linhagens puras;ØClone;ØHíbrido (de linhagens puras, Intermediário,
Intervarietal);ØVariedade;ØVariedade sintética;
Passos do melhoramento
ØIdentificação dos melhores genótipos;ØProvocação do aparecimento do(s) genótipo(s)
(quando necessário);ØMultiplicação do(s) genótipo(s) desejado(s).
Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos
Nem sempre é difícil;ØEspécies ainda não melhoradas (Apenas a
coleta ou introdução de um genótipo novo já é uma grande contribuição, muitas vezes);ØIsolamento ou indução de mutantes que por si
só resolvem algum problema sério (uva sem semente, melancia sem semente, arroz anão, sorgo anão);
Tipo de herança do caráter (Qualitativo ou quantitativo);
Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos
ØCorrelação não desejável entre caracteres;ØBase genética estreita (Fazer recombinações,
introgressões, usar Bancos e origem);ØFrequência genotípica baixa (Trabalho com
grande número de indivíduos);ØEfeitos ambientais – F → G + E + GE (O efeito G
precisa ser separado). ØGenótipos diferentes – fenótipos iguais
(Repetições, progênies, controle ambiental).ØInteração gênica
MelhoristaØPrecisa estabelecer uma estratégia de
visão de futuro sobre seu trabalho;ØNem sempre busca apenas rendimento;ØQualidade; ØAtratividade; ØAdaptação ao manuseio;
MelhoristaØAdaptação à comercialização; ØAdaptação a uma nova condição (Abelha
sem ferrão); ØInserção ideal na cadeia produtiva;ØCorreção de alguma “frescura” ou
preferência (Milho espiga fina, Feijão hilo amarelo, cenoura cilíndrica).
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)ØPaciência;ØPersistência (a mais lembrada);ØHabilidade interpessoal para estabelecer
relacionamentos;ØEspírito de liderança e vontade de
trabalhar com afinco;ØConhecer as disciplinas Genética,
Estatística, Entomologia, Fitopatologia, Fisiologia Vegetal;
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)ØParceria (Dificilmente um apenas tem a
condição de desempenhar com eficiência e profundidade todas as disciplinas consideradas prioritárias para o melhoramento);ØFamiliarização com recursos genéticos
(Não recebeu prioridade).
Perspectivas no BrasilØExecução de programas –
Predominantemente pelo setor público. Exceções são soja, milho e algumas outras;ØMudanças em curso devido à Lei de
Proteção de Cultivares;ØBiologia molecular e Biotecnologia –
Disponibilização de novas ferramentas, principalmente no caso de plantas perenes;
Perspectivas no BrasilØCadeias produtivas ainda com pouco
sucesso, onde o melhoramento pode avançar;ØOlerícolas; Fruteiras; Forrageiras;
Florestais; Medicinais.
Recursos Genéticos VegetaisØBiodiversidade – Totalidade de genes,
espécies e ecossistemas do mundo ou de uma região;ØConservação da biodiversidade –
Manutenção de um sistema de apoio à vida humana, fornecido pela natureza e os recursos vivos essenciais para o desenvolvimento.
Recursos Genéticos VegetaisØErosão genética - Redução na
biodiversidade genética de espécies;Ø300.000 espécies de plantas superiores
descritas;ØHomem já utilizou aproximadamente
3.000 na alimentação;
Recursos Genéticos VegetaisØAtualmente usa aproximadamente 300;
ØApenas 15 são responsáveis por 90% de toda a alimentação humana;
ØTrigo, arroz, milho e batata – 80% do total produzido.
Recursos Genéticos VegetaisØNikolai Vavilov (início do século XX) –
Primeiro a reconhecer a importância da coleta de sementes e organização de coleções;ØRGV representa:ØReservatório genético;ØSoluções para diversas alterações
ambientais;ØMatéria prima para o desenvolvimento da
agricultura;
Recursos Genéticos VegetaisØPossível solução para a vulnerabilidade
genética;ØRisco que existe devido à base genética
estreita (risco mais a curto prazo);ØMangueira – 80% da cultura implantada
no país pertence a Tomy Atkins e Haden;ØResolve-se com a diversificação de
cultivares, introdução de novos genótipos e recombinação genética.
Recursos Genéticos VegetaisØGermoplasma – “Germo” (princípio
rudimentar de um novo ser orgânico) + “plasma” (matéria não definida);ØMatéria onde se encontra um princípio
que pode crescer e se desenvolver;ØSoma total dos materiais hereditários de
uma espécie.
Recursos Genéticos VegetaisØCategorias de germoplasma (HOYT, 1992);ØParentes silvestres;ØPopulações locais (Landraces) (Cultivo
primitivo);ØCultivares que foram substituídas;ØLinhagens experimentais;ØMutações e outros produtos do
melhoramento;ØCultivares modernas;
Recursos Genéticos VegetaisØBanco de Germoplasma (Formação);ØIntrodução (Espécie, cultivar - variedade,
híbrido, etc, Citoplasma, Gene);Ø Intercâmbio (aquisição recíproca) –
Regulamentos específicos, Quarentena;ØColeta (Lavouras, roças, hortas e pomares
caseiros, mercados e feiras, habitats silvestres);
Recursos Genéticos VegetaisØCaracterização e avaliação de Bancos de
germoplasma;ØDetecção de duplicações;ØDeterminação de descritores que auxiliam
a escolha pelo melhorista;
Recursos Genéticos VegetaisØConservação;Ø“In situ” – Dentro do ecossistema,
mantendo o habitat natural;Ø“Ex situ” – Fora do ambiente original ou
natural;ØColeção de base (longo prazo);ØColeção ativa (Médio prazo – Banco ativo
de germoplasma);ØColeção nuclear (Menores, representam a
variabilidade genética da espécie);
Recursos Genéticos VegetaisØColeção “in vivo” (a campo) –
Recalcitrantes, propagação vegetativa;ØColeção “in vitro” (Geralmente propágulos
em laboratório);ØColeção genômica (Fragmentos de DNA
que representam o genoma);ØCriopreservação (“in vitro” em longo
prazo, com utilização de N líquido).
Recursos Genéticos VegetaisØAcessos mantidos em coleções;Ø+ de 2,5 milhões;Ø1.200.000 cereais;Ø369.000 leguminosas;Ø215.000 forrageiras;Ø137.000 hortaliçasØ74.000 tubérculos.
Recursos Genéticos VegetaisØRGV e MelhoramentoØHá uma lacuna;ØMelhoristas resistem em utilizar os Bancos
de Germoplasma, utilizando sua própria coleção de trabalho (evitam trabalhar com genótipos selvagens);
•Recursos Genéticos VegetaisØCausas da baixa utilização:
ØDocumentação e descrição inadequadas;ØFalta de avaliação das coleções;ØPouca disponibilidade de sementes;ØAdaptação restrita dos acessos;ØFalta de informações desejadas
•Recursos Genéticos VegetaisØCausas da baixa utilização:
ØNúmeros insuficiente de melhoristas;ØDificuldade identificar genes
potencialmente úteis;ØAusência de programas de pré-
melhoramento.
Recursos Genéticos Vegetais•Constata-se um esforço concentrado nos
materiais elites adaptados para o desenvolvimento de novas cultivares;
•Muitos melhoristas apontam a necessidade de resultados em curto prazo como o principal impedimento para utilização dos acessos, principalmente em instituições privadas.
Recursos Genéticos VegetaisØPré-melhoramento;ØIntensificação na obtenção de
informações sobre os acessos e criação de populações direcionando-as ao melhoramento;ØIdentificação de caracteres ou genes de
interesse e incorporação nos materiais adaptados (elites)ØPode identificar acessos melhores que
cultivares locais (Ex: LAMP).
O processo evolutivo e o melhoramentoØDomesticação (utilização de certas plantas
pelo homem) – originou uma coevolução tornando-as dependentes de um ambiente artificial (menor competição);
ØSeleção artificial – Na maioria das vezes contraria as tendências evolutivas;
O processo evolutivo e o melhoramento
ØMecanismos capazes de alterar a constituição genética no melhoramento – São os mesmos atuantes na natureza ao longo dos processos evolutivos. Portanto os mecanismos evolutivos são ferramentas do melhorista;
O processo evolutivo e o melhoramentoØTeoria Sintética da evolução;ØCriação de variabilidade genética
(mutações de ponto, mutações cromossômicas);ØAmplificação da variabilidade genética
(Recombinação, hibridação, migração);ØProcessos que orientam para maior
adaptabilidade;ØSeleção e ação do acaso;ØIsolamento reprodutivo;ØDivergência genética;
ØSeleção;ØPrevisível;ØDirecional, estabilizadora, disruptiva;
ØOscilação ou deriva genética – Também possui uma direção que não é constante;
ØDomesticação:ØAcidental – Relação inconsciente com a
planta que utiliza na alimentação e passa a proteger;ØEspecializada – A planta é levada para
junto da habitação (menor competição);ØAgrícola – Mudança de ambiente para que
a planta possa maximizar o seu potencial de produção (criação de ambiente artificial);
ØDomesticação científica;
ØManipulação dos mecanismos de evolução das plantas;ØPerigo do rompimento do equilíbrio;ØConsciência do perigo – Campanha de
conservação dos recursos genéticos;
Endogamia no melhoramentoØCruzamento entre indivíduos aparentados
(primos, meios irmãos, irmãos completos, retrocruzamentos, autofecundação);ØIndesejável em muitos casos e auxiliar em
muitos esquemas de melhoramento;ØLinhagens puras em autógamas;ØLinhagens puras para obtenção de
híbridos em alógamas;
Endogamia no melhoramentoØProgênies para servir de base para
seleção;ØEliminação de alelos indesejáveis na
seleção recorrente;ØPode ocorrer devido ao pequeno tamanho
da população;
Endogamia no melhoramentoØConsequências;ØAumento da homozigose;ØAlteração na frequência genotípica e não
na frequência gênica;ØAparecimento de fenótipos indesejáveis
(Deficiência de clorofila, nanismo, esterilidade, etc...);ØDepressão por endogamia – Perda de
vigor generalizada, diminuição na expressão de caracteres quantitativos em decorrência do aumento na homozigose;
Valor genotípico
Frequênc
ia genotípic
aGenótipo S0 S1 S2 .... S∞
BB 10 1/4 3/8 7/16 .... 1/2Bb 10 1/2 1/4 1/8 .... 0bb 2 1/4 3/8 7/16 .... 1/2
Média 8,0 7,0 6,5 .... 6,0
Não pode aumentar ao invés de diminuir?
Endogamia no melhoramentoØAlfafa, cenoura, milho, cana, eucalipto –
plantas que mais sofrem perda de vigor com endogamia;ØCebola, girassol, centeio – nem sempre
sofrem depressão;ØCucurbitáceas e autógamas – pouca ou
nenhuma depressão;ØCoeficiente de endogamia – nível de
homozigosidade em uma geração específica;
Hibridação no melhoramentoØImportante tanto no sentido da
exploração do vigor híbrido quanto para promover variabilidade e obter progênies para servir de base para processos de seleção;ØHeterose (SHULL, 1912)Ø“Superioridade do híbrido em relação à
média dos pais”;Ø“Expressão dos efeitos benéficos da
hibridação”;Ø“Aumento do vigor, da expressão de
Hibridação no melhoramento
ØHeterobeltiose – Superioridade (?) do híbrido em relação ao pai superior;
ØHeterose padrão – Desempenho do híbrido em relação à uma cultivar padrão;
Hibridação no melhoramentoØManifestação da heterose;ØÁrea foliar;ØDesenvolvimento do sistema radicular;ØAltura da planta;ØRendimento;ØTaxa fotossintética;ØMetabolismo celular;ØTamanho da célula;ØTamanho do fruto;ØNúmero de frutos;ØCor do fruto;
Hibridação no melhoramentoØBase genética da heterose;ØDominância – O número médio de locos
homozigotos desfavoráveis no híbrido é menor que em cada um dos parentais;ØSobredominância – Cada alelo de um loco
possui função distinta, mas há um estímulo fisiológico em indivíduos heterozigotos;ØEpistasia – Combinações específicas
envolvendo alelos de diferentes locos fornecem um estímulo fisiológico;
Hibridação no melhoramento
ØHibridação em autógamas;ØSeleção continuada leva à fixação de
linhas puras;ØHibridação para aparecimento de
variabilidade (segregação transgressiva);ØHeterose em autógamas?
Hibridação no melhoramentoØHibridação em alógamas;ØUso em híbridos;ØManutenção da variabilidade ou
promoção de variabilidade;ØCruzamentos controlados para obtenção
de progênies ou famílias;ØProgênies ou famílias de meios-irmãos
(intra e interpopulacionais);ØProgênies ou famílias de irmãos germanos
(intra e interpopulacionais);ØProgênies ou famílias “top cross” – vários
ØCausas da autofertilização;
ØMorfologia floral que força a liberação do pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)
PLANTAS AUTÓGAMAS