Planejamento programa de melhoramento de...

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”


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.


- 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)


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??


http://hopbase.org/

http://hopbase.cgrb.oregonstate.edu/


• Porque estudar variabilidade pelo DNA e

pelo perfil químico?

• Porquê organizar as cultivares?

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

Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos

Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos

Controle do pedigree

Dormência das sementes

Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo

Extração do DNA

Amostragem/coleta Perfil molecular

• 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


Programa de Melhoramento Participativo

- Pesquisa em Rede

- Rápido e eficiente

- Sinergia de conhecimento

- Desenvolvimento da cadeia produtiva

- Retorno para todos os produtores e viveiristas


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


Cultura de clima temperado

Fotoperíodo de 15 horas de luz por dia

Temperatura média 15-19ºC

Vernalização

Ciclo de Maturação

Histórico de Melhoramento


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


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


Cronograma e Estratégias de Melhoramento



ES

ESTRATÉGIAS

• Speed Breeding


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




ESTRATÉGIAS

• Seleção Genômica


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos





Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




SNPs


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




Análises

SNPs RAD-seq

Genoma Ref.

RNA - Seq

sem Genoma Ref.


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




Total number of

Alleles (A)

Allelic richness (Ar)

Observed

Heterozygosity (Ho)

Expected

heterozygosity (He)

Inbreeding

coefficients (Fis)

Package

Adgenet

(Jombart,

2008)

Análises


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos





Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




Herdabilidade caracteres

McAdam et al., 2014


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos





Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




Planta dióica

•PCR multiplex para detecção de machos

•100% de eficiência

Čerenak et al., 2019


Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




EUA: Programa Nacional de Recursos Genéticos (NGRP)

Eslovênia: Instituto Esloveno de Pesquisa e Melhoramento de Lúpulo

Aquisição de Germoplasma


Alemanha: Hop Research Centre Hüll


Caracterização do Germoplasma


Desempenho per se

Estudos de divergência genética para

características morfo-agronômicas

Análises multivariadas

Análises capacidade combinação

Melhoramento



Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




Regiões Edafoclimáticas

Clima Subtropical

de Altitude

Regiões Edafoclimáticas

Outono

Primavera


Fase Experimental

Plantio e avaliações sistemáticas

em campo


Fase de Teste Comercial

Plantio em larga escala e

Testes voltados à Indústria

Cervejeira ou

Farmacêutica


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)



Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




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

[email protected]



Inflorescências

Femininas

Inflorescências

Masculinas


Cruzamentos




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