Resistência Gen ética a Doen ças em Plantas - uenf.br · – Heran ça monogênica (qualitativa)...

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Resistência Resistência Gen Gen é é tica a Doen tica a Doen ç ç as em Plantas as em Plantas Profa Profa . . Rosana Rosana Rodrigues Rodrigues (LMGV, P4, (LMGV, P4, Sala Sala 110) 110)

Transcript of Resistência Gen ética a Doen ças em Plantas - uenf.br · – Heran ça monogênica (qualitativa)...

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

Controle

$

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)

Fonte: Agrios, 1997

Fonte: Borem, 2000

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