Melhoramento Genético de Plantas

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Melhoramento Genético de Plantas

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Melhoramento Genético de Plantas. Arte e ciência para alterar geneticamente as plantas e animais de modo a tender as necessidades do homem. Objetivo - PowerPoint PPT Presentation

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Melhoramento Genético de Plantas

Page 2: Melhoramento Genético de Plantas

Arte e ciência para alterar geneticamente as

plantas e animais de modo a tender as

necessidades do homem.

Page 3: Melhoramento Genético de Plantas

Objetivo

Fornecer conhecimentos básicos sobre os

princípios da genética vegetal e sua aplicação nos

vários métodos de melhoramento, capacitando o

estudante para planejar e executar prática,

programas específicos de melhoramento de

espécies cultivadas.

Page 4: Melhoramento Genético de Plantas

Histórico

Vavilov: Evolução direcionada pelo homem

Frankel: Ajuste genético de planta a serviço do

homem

- Domesticação primitiva das plantas

- Contribuição á evolução social do homem

- Mudança do estilo de vida de nômade para

sedentário

- Desenvolvimento das artes e das grandes cidades

Page 5: Melhoramento Genético de Plantas

Início de Revolução Verde: + ou - 11.000 anos na

bacia dos rios Tigre e Eufrates

O fértil crescente: há 7.000 anos a agricultura na

região já era bem desenvolvida e as principais

cidades da mesopotânia já haviam sido irrigadas.

- As principais culturas já estavam estabelecidas em

3.000 A.C.

- Américas a revolução verde iniciou-se mais

tarde: em torno de 1.000 A.C.

Page 6: Melhoramento Genético de Plantas

Culturas mais importantes na fundação de

civilizações:

Velho mundo: cevada e trigo

Novo mundo: milho

África: sorgo granífero

Page 7: Melhoramento Genético de Plantas

Anos atrás Cultura Modo de vida reinante

9.000 moranga Nômade6.000 Feijões, pimenta e

milhoSemi-nômade e ajuntadores de

plantas4.300 Abóbora, amaranto e milho

3.800 Algodão anual Semi-sedentária, vilas

3.400 girassol Vilas1.800 fumo Outras edificações

Domesticações importantes nas Américas

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Culturas importantes e de desenvolvimento

recente

- Aveia, centeio e mais recentemente seringueira e

triticale

-No de plantas superiores conhecidas: 250.000

-No de plantas utilizadas pelo homem: 3.000

-No de plantas intensamente cultivadas: 150

Ocorreu mudança de seleção automática para

seleção consciente.

Page 9: Melhoramento Genético de Plantas

Seleção primitiva: para plantas maiores, maior

número de sementes, frutos indeiscentes, frutos

coloridos, plantas anuais e autopolinizadas.

Conhecimentos exigidos do melhorista

Evolução, genética, estatística, bioquímica,

fisiologia vegetal, citologia, entomologia,

fitopatologia, nutrição de plantas e práticas

agrícolas.

Page 10: Melhoramento Genético de Plantas

Principais objetivos do melhoramento de plantas

•Aumento de produtividades

Ex: milho, trigo, algodão, soja

•Expansão de áreas de produção

EX: soja e café, sorgo

•Resistência ás doenças: Ex: milho vs carvão

Soja vs nematóide

•Resistência às pragas: Ex: precocidade vs bicudo

do algodoeiro.

Page 11: Melhoramento Genético de Plantas

•Qualidade do produto:

Ex: beterraba açucareira: de 7 a 18% de açúcar em

175 anos

Milho opaco-2: proteína com maiores teores de

lisina e triptofano

Algodão: qualidade da fibra - 28 mm a > 31 mm em

35 anos de seleção no Brasil

Page 12: Melhoramento Genético de Plantas

•Adaptação á colheita mecânica

Soja- inserção da 1ª vargem

Sorgos- de menor porte

Feijão- porte ereto e hábito determinado

Page 13: Melhoramento Genético de Plantas

Mecanismos evolutivos das espécies

cultivadas

A atuação conjunta da seleção natural e

artificial proporcionou ao melhorista moderno um

formidável acervo botânico.

Formas de evolução

Existem 3 categorias principais: mutação,

poliploidia e hibridação interespecífica.

Page 14: Melhoramento Genético de Plantas

Introdução de plantas e diversidade genética

Novas cultivares pode ser obtidas a partir de

introduções das seguintes maneiras:

•Utilização direta como cultivar, após avaliação em

ensaios de competição com materiais já cultivados;

•Seleções “de genótipos no material original, se

este heterogêneo, procedendo-se principalmente á

eliminação de ‘tipos” indesejáveis

Page 15: Melhoramento Genético de Plantas

•Cruzamento com outras cultivares, visando a

transferência de alelos de interesse.

Page 16: Melhoramento Genético de Plantas

Principais culturas introduzidas no Brasil

Cana: a introdução de canas javanesas e indianas

solucionou o problema de ataque de doenças em

canaviais nacionais, entre 1920 e 1924.

Café: introduzido em Belém em 1727: Sementes de

C. arábica existente na Guiana Francesa.

- Em 1933 iniciou-se o programa de melhoramento

do cafeeiro no IAC (Instituto Agronômico de

campinas).

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-A c.v. feijão preto Rico-23 (Phaseolus vulgaris L.)

introduzida em 1954, da Costa Rica sobressai

em termos de produção de grãos, resistência a

doenças e outras características

- Após 5 anos foram distribuídos aos agricultores.

Page 18: Melhoramento Genético de Plantas

- Eucalipto introduzido por meio da Companhia

Paulista de Estradas de Ferro em 1903 no IAC e

somente em 1960 teve maior atenção.

- Maçã (Malus spp.) introduzido no final do séc.

XIX, porém teve maior atenção a partir de 1960.

- Milho introduzido no início do séc. XX.

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Tipos de materiais introduzidos

- Não é aconselhável estacas, manivas, toletes, etc.

- Evitar a introdução concomitante de patógenos e

pragas (tratamentos preventivos)

- Sementes tratadas (é recomendado)

- Intercâmbio de materiais reprodutivos na forma

de cultura de tecidos, livres de patógenos.

Page 20: Melhoramento Genético de Plantas

Instituições que cuidam da introduçãoEMBRAPA- Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuáriaCENARGEM- Centro Nacional de Recursos Genéticos e BiotecnologiaRealiza triagem no intercâmbio de material genético entre o Brasil e outros países.EX: genótipos de mandioca, “in vitro”, na forma de cultura de meristemas, do Brasil para a Colômbia (Centro Internacional de Agricultura Tropical – CIAT)

Page 21: Melhoramento Genético de Plantas

Diversidade genética em plantas

•Mutação

São alterações ou modificações súbitas em genes

ou cromossomos, podendo acarretar variação

hereditária.

As mutações podem ser gênicas quando alteram a

estrutura do DNA ou cromossômicas quando

alteram a estrutura ou o número de cromossomos.

Page 22: Melhoramento Genético de Plantas

As mutações são espontâneas e podem ser

silenciosas, ou seja, não alterar a proteína ou sua

ação.

Podem ainda ser letais, quando provocam a morte,

ou ainda acarretar doenças ou anomalias.

As mutações também promovem a evolução já que

determinam aumento na variabilidade genética.

Page 23: Melhoramento Genético de Plantas

As Mutações gênicas: constantemente ocorre e é a

base para a seleção natural, pois a maioria são

deletérias e recessivas.

Ocorre em > probabilidade em população

geneticamente heterogênea (carregam e segregam

> alelos recessivos)

EX: centeio, cevada, feijão, linho, milho, tomate.

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A) Mutações gênicas ou Mutações de ponto - envolvem mudanças em sítios específicos de um gene.• Principais tipos de mutações de ponto são:• Substituições de bases - um par de base é substituído por outro– Transição - substituição de uma base por outra da mesma categoria química (A-G / C-T)Purina A GPirimidina C T

Page 25: Melhoramento Genético de Plantas

Transversão - substituição de uma base por outra de categoria química diferente (purina por pirimidina)Purina Pirimidina A CA TG CG TPirimidina PurinaC AC GT AT G

Page 26: Melhoramento Genético de Plantas

B) Mutações Extranucleares: Modificações no

DNA de organelas como a mitocondria e

cloroplasto.

Page 27: Melhoramento Genético de Plantas

C) Mutações Cromossômicas

Também chamadas de aberrações cromossômicas,

são alterações na estrutura ou no número de

cromossomos normal da espécie.

- Podem provocar anomalias e más formações no

organismo ou até a inviabilidade dele

Page 28: Melhoramento Genético de Plantas

Mutações cromossômicas:

a) Estrutural:

Inserções e Deleções - adição ou remoção de um

ou mais pares de nucleotídeos

• Inserções e Deleções - mais freqüentes do que as

substituições de bases

• Podem levar a mudança na matriz de leitura,

alterando todos os aminoácidos após a mutação.

• Em geral tem efeitos drásticos no fenótipo.

Page 29: Melhoramento Genético de Plantas

• Deleções e Inserções em múltiplos de 3 podem

deixar a matriz intacta, embora ainda afete o

fenótipo.

Page 30: Melhoramento Genético de Plantas

Inserção

..GGG AGT GTT AGA TGG TCC ...Nova sequência…GGG AGT GTT AGT GGT CC …

..GGG AGT GTA GAT GGT CC .... TNova sequência.. GGG AGT GTA TGA TGG TCC ...

Deleção

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A inserção ou a deleção alteram a matriz de leitura

e podem mudar muitos códons

Mutações silenciosas - mudança de um códon por

outro originando o mesmo aminoácido.

EX:

UUA - leucina

UUG - leucina

Page 32: Melhoramento Genético de Plantas

• Mutações de sentido trocado - mudança de um

códon por outro originando aminoácido diferente.

EX:

CAC- histidina

CAA- glutamina

Page 33: Melhoramento Genético de Plantas

– Sinônimas - códon especifica aa quimicamente

semelhante.

– Não-sinônimas - aa quimicamente diferente.

• Mutações sem sentido - substituição de um

códon para aa qualquer por um stop codon.

EX: UAC- tirosina

UAA - stop

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Agentes Mutagênicos

•Físicos radiações ionizantes (raios X, radiações

alfa, beta e gama) e radiação ultravioleta.

Químicos colchicina, gás mostarda, sais de

metais radioativos, alcatrão, benzeno,

benzopireno, etc.

Page 35: Melhoramento Genético de Plantas

Uso da Mutação no Melhoramento

Quando não há variabilidade genética disponível

para a característica de interesse.

Page 36: Melhoramento Genético de Plantas

• Mutação direta - altera o fenótipo do tipo

selvagem (modificação nas proteínas pode levar a

alterações no fenótipo).

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EX: Domesticação do arroz: ocorreu mutação em

apenas um par de bases no DNA causando a

mudança de um aminoácido em uma proteína

ocorrendo a redução da degrana natural.

Exemplo Prático:

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Devon, Reino Unido, 2009

Mutação Natural?

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b- Numéricas

Provocam alterações no número típico de

cromossomos da espécie (cariótipo).

Podem produzir anomalias graves e até a morte do

organismo.

b.1) Aneuploidias (Somias) quando acrescentam

ou perdem um ou poucos cromossomos.

b.2) Euploidias quando há a alteração de um

genoma inteiro.

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b.1) Aneuploidia: termo geral que descreve os

organismos cujo número de cromossomos não é

múltiplo perfeito do conjunto básico de

cromossomos do grupo.

Page 43: Melhoramento Genético de Plantas

b.1) Aneuploidias (Somias)

Nulissomia (2n-2) perda de um par inteiro de

cromossomos. BBCC = 4 cromossomos

Monossomia (2n-1) um cromossomo a menos

no cariótipo. ABBCC = 5 cromossomos

Trissomia (2n+1) um cromossomo a mais no

cariótipo. AAABBCC= 7 cromossomos

Tetrassomia (2n+2) dois cromossomos a mais

no cariótipo. AABBCCAA = 8 cromossomos

Page 44: Melhoramento Genético de Plantas

Causas da Aneuploidia

a) Movimento retardado dos cromossomos

durante a anáfase.

b) Não disjunção de cromossomos ou cromátides

durante a meiose ou mitose.

c) Assinapse (não pareamento) de cromossomos

homólogos na meiose.

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II) Euploidias descreve os casos onde há repetição de conjuntos básicos de cromossomos de uma ou mais espécies.

Monoploidia (n) quando há apenas um genoma.- São de interesse do melhorista porque a duplicação induzida de seu genoma resulta em indivíduos totalmente homozigoto e todos os cromossomos terão alelos idênticos.- A perpetuação desse tipo de indivíduo proporciona uma linha pura.

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Nome Designação Constituição Número Cromossomos

Euploides

Haplóide n A B C 3

Diplóide 2n AA BB CC 6

Triploide 3n AAA BBB CCC 9

Tetraploide 4n AAAA BBBB CCCC DDDD

12

N = NO BÁSICO DE CROMOSSOMOS

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Triploidias (3n) quando há três genomas.

Isso significa que cada célula possui três lotes de

cromossomos homólogos (célula 3n).

- Embora os triplóides sejam estéreis possuem

características fisiológicas e fenotípicas favoráveis

como frutos maiores e maior vigor fisiológico.

Page 50: Melhoramento Genético de Plantas

Triplóides: são altamente estéreis e reproduzem

por via assexuada.

- A triploidia ocorre em maçãs, uva e banana.

Page 51: Melhoramento Genético de Plantas

Desenvolvimento de híbridos triplóides

Envolve duas etapas:

-Obtenção de plantas tetraplóides : Indução de

poliploidia em plantas diplóides;

- Identificação das plantas tetraplóides;

- Hibridação das plantas tetraplóides com as

plantas diplóides

Page 52: Melhoramento Genético de Plantas

EX: melancia sem semente é de natureza triplóide.

Diplóides (2x = 2n = 22) x Tetraplóides (4x = 4n=44)

Frutos triplóides (3x=3n=33)

- São selecionados por não formarem sementes,

somente parecem rudimentos brancos de sementes.

Page 53: Melhoramento Genético de Plantas

A triploidia da banana: resulta na falta de

produção de sementes, indesejáveis nos frutos,

aumento e vigor da planta e tamanho do fruto.

- significa que cada célula da bananeira possui três

lotes de cromossomos homólogos (célula 3n).

Page 54: Melhoramento Genético de Plantas

Células da epiderme de folhas de plantas de tabaco com aumento de ploidia. O tamanho da célula aumenta, particularmente o tamanho dos estomas, com o aumento de ploidia. (a) Diploide; (b) tetraploide; (c) octoploide.

Page 55: Melhoramento Genético de Plantas

Qual a importância dos Poliploides?

Extrema importância em duas áreas da genética de

plantas: na evolução e no melhoramento

genético.

- Permite a obtenção de novos cultivares com

características fenotípicas superiores aos

genótipos diplóides, onde há o aproveitamento

das partes vegetativas como raízes, caules, flores

ou frutos.

Page 56: Melhoramento Genético de Plantas

Em geral, plantas poliplóides são mais vigorosas,

com frutos e sementes maiores.

- É freqüentemente atribuído aos poliplóides,

através da acumulação de diversos genomas,

maior adaptabilidade do que seus genitores

diplóides.

Page 57: Melhoramento Genético de Plantas

40% das espécies cultivadas são poliplóides :

- Alfafa (Medicago sativa);

- Algodão (Gossypium hirsutum);

- Batata (Solanum tuberosum);

- Batata doce (Ipomoea batatas);

- Café (Coffea arabica);

Page 58: Melhoramento Genético de Plantas

- Cana de açúcar (Saccharum officinarum);

- Fumo (Nicotiana tabacum);

- Morango (Fragraria ananassa);

- Trigo (Triticum aestivum).

Page 59: Melhoramento Genético de Plantas

Tipos de poliploides

A) Autopoliploides

Tem conjuntos cromossômicos múltiplos com

origem dentro de uma espécie.

Quando há 3 ou mais genomas da mesma espécie.

Page 60: Melhoramento Genético de Plantas

Exemplo:

Batata = autotetraplóide = AAAA

Cada “A” representa um conjunto básico de 12

cromossomos.

2n = 4x = 48

4x = 4 cópias do n° básico de cromossomos = 12

(4 x 12) = 48 cromossomos

N° total de cromossomas = 48 cromossomos

Page 61: Melhoramento Genético de Plantas

B) Alopoliploides

Quando ocorrem dois ou mais genomas diferentes:

AA BB.

Surgem pela duplicação dos cromossomos após um

cruzamento interespecífico.

Ocorrem freqüentemente na natureza.

Page 62: Melhoramento Genético de Plantas

EX: Trigo (Triticum aestivum) - tem o genoma

AABBDD.

T. Urartu x Aegilops speltoides

2n=2x=14 (AA) 2n=2x=14 (BB) T. turgidum x T. tauschii(2n = 4x =28, AABB) 2n=2x=14 (DD)

Triticum aestivum

2n=6x=42(AABBDD)

Alohexaplóide (3 genomas distintos)

Duplicação

Page 63: Melhoramento Genético de Plantas

Raphanobrassica tem o

genoma:

- Rabanete

(Raphanus sativus , 2n = 18)

-Repolho (Brassica oleracea,

2n = 18);

Page 64: Melhoramento Genético de Plantas

Vantagem:

Aloploidia: um processo mais eficiente.

- Consiste da hibridação entre espécies afins, com

posterior duplicação do no de cromossomos.

- Surgem na natureza pela duplicação dos

cromossomos após um cruzamento interespecífico.

Page 65: Melhoramento Genético de Plantas

Características dos poliplóides

- Maior volume nuclear

- Partes reprodutivas e vegetativas agigantadas

- Fertilização reduzida

- Alterações nos constituintes químicos

- Diminuição da velocidade de crescimento

Page 66: Melhoramento Genético de Plantas

Efeitos fenotípicos dos poliploides

Formação de órgãos vegetativos gigantes.

Ex.: cravo-de-defunto, boca-de-leão, entre outros.

Page 67: Melhoramento Genético de Plantas

- Formação de órgãos reprodutivos gigantes e de

melhor qualidade.

- Formação de frutos sem sementes.

Ex.: Banana, melancia.

Page 68: Melhoramento Genético de Plantas

Qual a importância das mutações para o

melhoramento genético de plantas?