Resistência Gen ética a Doen ças em Plantas - uenf.br · – Heran ça monogênica (qualitativa)...
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ResistênciaResistência GenGenéética a Doentica a Doençças em Plantasas em Plantas
ProfaProfa. . RosanaRosana RodriguesRodrigues
(LMGV, P4, (LMGV, P4, SalaSala 110)110)
�1807 – Prevost�doenças: agente causal�carvão do trigo - fungo
�Fins do séc. XIX – Smith�doenças - bactérias
O que é DOENÇA?Limite entre normal/sadio -
anormal/doentedoença x injúria física ou química
doença x praga (afetam o desenvolvimento)
Fatores ambientais - causas de doença
PepYMVPepYMV
Fenômeno biológico -interfere em processos fisiológicos da plantaPrejudicialProcesso contínuo ≠ injúria
O que O que éé RESISTÊNCIA?RESISTÊNCIA?
DoenDoençça= produto interaa= produto interaçção plantaão planta--patpatóógenogeno
Planta resistente x baixo nPlanta resistente x baixo níível de doenvel de doenççaa
R e S R e S -- termos arbitrtermos arbitráários (rios (PadronizaPadronizaçção para ão para diferentes patossistemas)diferentes patossistemas)
PlantaPlanta
AmbienteAmbiente PatogenoPatogeno
Conceitos e sinonConceitos e sinoníímiamia
Resistência raResistência raççaa--especespecííficafica
Resistência raResistência raçça nãoa não--especespecííficafica
Resistência Resistência poligênicapoligênica
Resistência Resistência de campode campo
Resistência Resistência de planta adultade planta adulta
Resistência Resistência de de seedlingseedling
Resistência VerticalResistência Vertical–– ReaReaçção diferencialão diferencial
Resistência HorizontalResistência Horizontal–– ReaReaçção nãoão não--diferencialdiferencial
Resistência x heranResistência x herançça da resistênciaa da resistência–– HeranHerançça monogênica (qualitativa)a monogênica (qualitativa)
–– HeranHerançça a poligênicapoligênica (quantitativa)(quantitativa)
Um Um poucopouco de de historiahistoria……
1905, 1911 1905, 1911 -- BiffenBiffen–– Redescoberta das Leis de Mendel*Redescoberta das Leis de Mendel*
–– Trigo x ferrugem amarela Trigo x ferrugem amarela -- r recessivar recessiva
–– variedades suscetvariedades suscetííveis: veis: ‘‘Michigan BronzeMichigan Bronze’’ e e ‘‘RedRedKingKing’’
–– variedade resistente: variedade resistente: ‘‘RivitRivit’’
–– Polêmica Polêmica -- gerou outros trabalhosgerou outros trabalhos
–– HeranHerançça a monôgenicamonôgenica: maioria dos resultados: maioria dos resultadosInterpretaInterpretaçção dos resultadosão dos resultados
1902, 1911 1902, 1911 -- OrtonOrton–– Primeiro relato de sucesso Primeiro relato de sucesso
–– IncorporaIncorporaçção de genes de resistênciaão de genes de resistência
–– Resistência Resistência àà murchamurcha--dede--FusariumFusarium em melanciaem melancia
cvcv. . EdenEden x espx espéécie silvestre cie silvestre →→ cvcv. . ConquerorConqueror
S dominante S dominante -- ananáálise em F1 (R x S)lise em F1 (R x S)
HeranHerançça da R:a da R:–– caupicaupi x x fusariosefusariose
–– caupicaupi x nematx nematóóideide
–– R R →→ dominante ou recessivadominante ou recessiva
BRIGGS (1926)BRIGGS (1926)–– Resistência do trigo Resistência do trigo àà ccáárierie‘‘MartinMartin’’ xx ‘‘White White FederationFederation’’(Resistente)(Resistente) (Suscet(Suscetíível)vel)0% Plantas doentes (PD)0% Plantas doentes (PD) 71,8% PD71,8% PDGeraGeraçção F1 .....ão F1 ......... 0% de PD0% de PDGeraGeraçção F2 .....ão F2 ........... 17,2% PD17,2% PDGeraGeraçção F3 .....ão F3 ........... 73 fam73 famíílias ATlias ATÉÉ 7,5% PD7,5% PD
.............. 147 fam147 famíílias 7,5 a 50% PDlias 7,5 a 50% PD
.............. 79 fam79 famíílias > 50% PDlias > 50% PDProporProporçção teão teóórica: 1:2:1 (rica: 1:2:1 (MMMM, , MmMm, , mmmm))
VariaVariaçção do patão do patóógeno geno -- raraççasasExemplos:Exemplos:–– BarrusBarrus (1911)(1911)
antracnose x feijoeiro antracnose x feijoeiro -- 11oo caso conhecidocaso conhecido
–– McRostieMcRostie (1921) (1921) -- TabelasTabelasheranherançça da R a da R àà C. C. lindemuthianumlindemuthianum (ra(raçças)as)
–– Flor (1942)Flor (1942)linho x linho x MelampsoraMelampsora linilini ((Teoria Teoria genegene--aa--genegene))
–– VanVan der der PlankPlank (1963)(1963)‘‘R VerticalR Vertical’’: efetiva contra uma ou poucas ra: efetiva contra uma ou poucas raççasas‘‘R HorizontalR Horizontal’’: efetiva contra todas as ra: efetiva contra todas as raççasas
Estudar RESISTÊNCIA A DOENEstudar RESISTÊNCIA A DOENÇÇAS EM AS EM PLANTAS ??PLANTAS ??
–– Trigo resistente Trigo resistente àà ferrugemferrugem–– Arroz resistente Arroz resistente àà brusonebrusone–– Feijão resistente Feijão resistente àà antracnoseantracnose–– Milho resistente Milho resistente àà helminthosporiosehelminthosporiose–– Tomate resistente Tomate resistente àà fusariosefusariose–– CafCaféé resistente resistente àà ferrugemferrugem
Resistência a mResistência a múúltiplas doenltiplas doençças:as:–– Arroz Arroz cvcv. Maravilha. Maravilha–– Trigo Trigo cvcv. EMBRAPA 120. EMBRAPA 120–– Soja Soja cvcv. Patos de Minas. Patos de Minas
GenGenéética da interatica da interaçção ão patpatóógenogeno--hospedeirohospedeiro
DoenDoençça bia bióótica = pattica = patóógeno x hospedeiro x ambientegeno x hospedeiro x ambiente
Caracteres patCaracteres patóógeno e hospedeiro geno e hospedeiro –– DNADNA
ReaReaçção hospedeiro ao patão hospedeiro ao patóógeno ( geno ( RR ou ou SS))→→ gengenéética tica →→permite melhoramento permite melhoramento →→ plantas Rplantas R
DDéécada de 40: estudos sobre o grau de cada de 40: estudos sobre o grau de virvir ou ou avravr
(heran(herançça do tipo de infeca do tipo de infecçção)ão)
PatPatóógenos genos →→ vváárias rarias raçças as →→ diferem na habilidade de diferem na habilidade de infecinfecççãoão
Variedade Variedade ‘‘AA’’ + ra+ raçça a ‘‘xx’’ = Suscet= SuscetíívelvelVariedade Variedade ‘‘AA’’ + ra+ raçça a ‘‘yy’’ = Resistência= Resistência
RaRaçça a ‘‘xx’’ →→habilidade para infechabilidade para infecçção ão →→ gengenééticatica
Variedade Variedade ‘‘AA’’ + ra+ raçça a ‘‘xx’’ = Suscet= SuscetíívelvelVariedade Variedade ‘‘BB’’ + ra+ raçça a ‘‘xx’’ = Resistência= Resistência
Var Var ‘‘BB’’ →→ apta a se defender apta a se defender →→ caractercaracteríística genstica genééticatica
Tabela 6Tabela 6--2 (2 (AgriosAgrios,1997),1997)
Conceito geneConceito gene--aa--genegene(Teoria de Flor)(Teoria de Flor)
““Para cada gene que confere Para cada gene que confere avirulênciaavirulência no patno patóógeno hgeno háá um um gene correspondente no hospedeiro que confere resistência gene correspondente no hospedeiro que confere resistência e vicee vice--versa.versa.””
PatossistemaPatossistema: linho x ferrugem: linho x ferrugem
–– Demonstrado em outros patossistemasDemonstrado em outros patossistemas
–– Fungos, bactFungos, bactéérias, vrias, víírus, nematrus, nematóóides ides
–– Insetos (!)Insetos (!)
O conceito geneO conceito gene--aa--genegene
CoCo--existência:existência:
–– Plantas hospedeiras e seus patPlantas hospedeiras e seus patóógenos genos →→ evoluevoluçção ão conjuntaconjunta
–– MudanMudançças na vir as na vir →→ balanceadas por alterabalanceadas por alteraçções na R do ões na R do hospedeiro e vicehospedeiro e vice--versaversa
↓↓
MantMantéém o equilm o equilííbrio dinâmico (Rbrio dinâmico (R--vir)vir)
PatPatóógeno e hospedeiro sobrevivem certo tempogeno e hospedeiro sobrevivem certo tempo
GeralmenteGeralmente (nem sempre!):(nem sempre!):
–– RR são dominantes;são dominantes;
–– S (= ausência de R) são recessivos ( S (= ausência de R) são recessivos ( rr ))
–– AvirulênciaAvirulência ((AA))
–– Virulência (Virulência ( a a ))
–– ExemplosExemplos
Tabela 6Tabela 6--33
Figura 6Figura 6--77
Tabelas de FlorTabelas de Flor
Genes de Genes de avirulênciaavirulência
Identificados por H. H. Flor (anos 50)Identificados por H. H. Flor (anos 50)
Isolado de bactIsolado de bactééria (1984)ria (1984)
Isolado de fungo (1991)Isolado de fungo (1991)
VVáários genes rios genes avravr identificadosidentificados
Fazem um patFazem um patóógeno incapaz de induzir doengeno incapaz de induzir doençça numa a numa variedade especvariedade especíífica do hospedeirofica do hospedeiro
–– determinam o determinam o ““alcancealcance”” de hospedeiros: espde hospedeiros: espéécie e cie e variedadevariedade
Exemplos de genes RExemplos de genes R
1992 1992 -- primeiro gene Rprimeiro gene R
–– LocalizadoLocalizado
–– IsoladoIsolado
–– SequenciadoSequenciado
–– FunFunçção descrita (não descrita (níível molecular)vel molecular)
–– Gene Gene Hm1Hm1 (milho)(milho)
–– Resistência Resistência àà raraçça 1 do a 1 do CochliobolusCochliobolus carbonumcarbonum
Em 1995:Em 1995:
–– Doze genes R (geneDoze genes R (gene--aa--gene) gene) →→ isolados, isolados,
sequenciadossequenciados, transferidos e expressos em , transferidos e expressos em
outras plantas suscetoutras plantas suscetííveisveis
gene gene PtoPto -- R R àà P. P. syringaesyringae pvpv. . tomatotomato (tem (tem
avrPtoavrPto))
Cf2, Cf4Cf2, Cf4 e e Cf9Cf9
Quebra da ResistênciaQuebra da Resistência
Novo gene de virulênciaNovo gene de virulência
↓↓
surge por mutasurge por mutaçção de um gene de ão de um gene de avravr
↓↓
Evita o reconhecimento geneEvita o reconhecimento gene--aa--genegene
↓↓
R R éé quebradaquebrada→→Melhoristas Melhoristas →→ Novos Novos genes R genes R (reconhece o novo gene para virulência)(reconhece o novo gene para virulência)
→→Gerar variedades R a todas as raGerar variedades R a todas as raçças que têm gene de as que têm gene de avravrcorrespondente ao gene R...correspondente ao gene R...
–– AtAtéé que novo gene vir surjaque novo gene vir surja
Melhoristas aplicam o conceito geneMelhoristas aplicam o conceito gene--aa--gene (sempre que gene (sempre que introduzem R)introduzem R)
Novos genes R precisam ser identificados e introduzidos Novos genes R precisam ser identificados e introduzidos com freqcom freqüüênciaência
Outros genes conferem R por vOutros genes conferem R por váários anosrios anos
Resposta HipersensResposta Hipersensíível: corresponde ao sistema genevel: corresponde ao sistema gene--aa--gene ( gene ( RR x x avravr ))
Programas de MelhoramentoProgramas de Melhoramento
Sistema reprodutivoVariabilidade genéticaEscolha do métodoModelos BiométricosParâmetros genéticos:– Herdabilidade, no. genes
Herança da resistênciaFontes de Resistência
CvsCvs. Resistentes. Resistentes
Custo/benefCusto/benefíício (US): US$1.00/US$300.00cio (US): US$1.00/US$300.00Aumento da produtividade mAumento da produtividade méédiadia
Tecnologia acessTecnologia acessíível vel -- baratabarata
Não polui nem contamina o meio ambienteNão polui nem contamina o meio ambiente
Contribui para reduzir o uso de agrotContribui para reduzir o uso de agrotóóxicosxicos
Tecnologia de fTecnologia de fáácil adocil adoçção ão -- sementesemente
CompatCompatíível com outras formas de controlevel com outras formas de controle
Possibilita a produPossibilita a produçção ão -- doendoençça limitantea limitante
ExemploExemplo –– EtapasEtapas ((ProgramaPrograma de de melhoramentomelhoramento –– classico+molecularclassico+molecular
• Seleção dos parentais (Contrastantes,
polimórficos....)
• População segregante (Retrocruzamentos, F2,
Linhas recombinadas)
• Genotipagem (RAPD, AFLP, RFLP, SSR)
• Fenotipagem (ambientes, épocas, isolados....)
• Associação Fenótipo x Genótipo
ANOVA
Mapeamento