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
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 de plantas?
Melhoramento ambiental;
Melhoramento genético:
“Arte e a ciência que visam a modificação genética das plantas para torná-las mais úteis ao homem”
“Aumento na frequência de alelos e genótipos favoráveis”
“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
Poder da seleção??!!!!!
Domesticação:
Mais arte do que ciência;
Ocorrida em tempos remotos;
Hoje o melhoramento genético praticamente é só ciência;
“Importante é a interação entre melhoramento ambiental e genético”
Obtenção de bons genótipos
Apenas um genótipo:
Heterozigótico (híbrido de linhagens puras, clones de indivíduo heterozigoto);
Homozigótico (linhagem pura).
Vários genótipos
Predominantemente heterozigóticos (híbrido triplo ou duplo);
Predominantemente homozigóticos (Variedade sintética, mistura de linhagens puras).
“VARIEDADES – CULTIVARES”
Cultivar:
Genótipo 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:
Linhagem pura;
Mistura de linhagens puras;
Clone;
Híbrido (de linhagens puras, Intermediário, Intervarietal);
Variedade;
Variedade sintética;
Passos do melhoramento
Identificação dos melhores genótipos;
Provocação do aparecimento do(s) genótipo(s) (quando necessário);
Multiplicação do(s) genótipo(s) desejado(s).
Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos
Nem sempre é difícil;
Espécies ainda não melhoradas (Apenas a coleta ou introdução de um genótipo novo já é uma grande contribuição, muitas vezes);
Isolamento 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
Correlação não desejável entre caracteres;
Base genética estreita (Fazer recombinações, introgressões, usar Bancos e origem);
Frequência genotípica baixa (Trabalho com grande número de indivíduos);
Efeitos ambientais – F G + E + GE (O efeito G precisa ser separado).
Genótipos diferentes – fenótipos iguais (Repetições, progênies, controle ambiental).
Interação gênica
Melhorista
Precisa estabelecer uma estratégia de visão de futuro sobre seu trabalho;
Nem sempre busca apenas rendimento;
Qualidade;
Atratividade;
Adaptação ao manuseio;
Diminuição nos custo de produção.
Melhorista
Adaptação à comercialização;
Adaptação a uma nova condição (Abelha sem ferrão);
Inserção ideal na cadeia produtiva;
Correção de alguma “frescura” ou preferência (Milho espiga fina, Feijão hilo amarelo, cenoura cilíndrica).
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)
Paciência;
Persistência (a mais lembrada);
Habilidade interpessoal para estabelecer relacionamentos;
Espírito de liderança e vontade de trabalhar com afinco;
Conhecer as disciplinas Genética, Estatística, Entomologia, Fitopatologia, Fisiologia Vegetal;
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)
Parceria (Dificilmente um apenas tem a condição de desempenhar com eficiência e profundidade todas as disciplinas consideradas prioritárias para o melhoramento);
Familiarização com recursos genéticos (Não recebeu prioridade).
Perspectivas no Brasil
Execução de programas – Predominantemente pelo setor público. Exceções são soja, milho e algumas outras;
Mudanças devido à Lei de Proteção de Cultivares;
Biologia molecular e Biotecnologia – Disponibilização de novas ferramentas, principalmente no caso de plantas perenes;
Perspectivas no Brasil
Cadeias produtivas ainda com pouco sucesso, onde o melhoramento pode avançar;
Olerícolas; Fruteiras; Forrageiras; Florestais; Medicinais.
Recursos Genéticos Vegetais
Biodiversidade – Totalidade de genes, espécies e ecossistemas do mundo ou de uma região;
Conservação da biodiversidade – Manutenção de um sistema de apoio à vida humana, fornecido pela natureza e os recursos vivos essenciais para o desenvolvimento.
Recursos Genéticos Vegetais
Erosão genética - Redução na biodiversidade genética de espécies;
300.000 espécies de plantas superiores descritas;
Homem já utilizou aproximadamente 3.000 na alimentação;
Recursos Genéticos Vegetais
Atualmente usa aproximadamente 300;
Apenas 15 são responsáveis por 90% de toda a alimentação humana;
Trigo, arroz, milho e batata – 80% do total produzido.
Recursos Genéticos Vegetais
Nikolai Vavilov (início do século XX) – Primeiro a reconhecer a importância da coleta de sementes e organização de coleções;
RGV representa:
Reservatório genético;
Soluções para diversas alterações ambientais;
Matéria prima para o desenvolvimento da agricultura;
Recursos Genéticos Vegetais
Possível solução para a vulnerabilidade genética;
Risco que existe devido à base genética estreita (risco mais a curto prazo);
Mangueira – 80% da cultura implantada no país pertence a Tomy Atkins e Haden;
Resolve-se com a diversificação de cultivares, introdução de novos genótipos e recombinação genética.
Recursos Genéticos Vegetais
Germoplasma – “Germo” (princípio rudimentar de um novo ser orgânico) + “plasma” (matéria não definida);
Matéria onde se encontra um princípio que pode crescer e se desenvolver;
Soma total dos materiais hereditários de uma espécie.
Recursos Genéticos Vegetais
Categorias de germoplasma (HOYT, 1992);
Parentes silvestres;
Populações locais (Landraces) (Cultivo primitivo);
Cultivares que foram substituídas;
Linhagens experimentais;
Mutações e outros produtos do melhoramento;
Cultivares modernas;
Recursos Genéticos Vegetais
Banco de Germoplasma (Formação);
Introdução (Espécie, cultivar - variedade, híbrido, etc, Citoplasma, Gene);
Intercâmbio (aquisição recíproca) – Regulamentos específicos, Quarentena;
Coleta (Lavouras, roças, hortas e pomares caseiros, mercados e feiras, habitats silvestres);
Recursos Genéticos Vegetais
Caracterização e avaliação de Bancos de germoplasma;
Detecção de duplicações;
Determinação de descritores que auxiliam a escolha pelo melhorista;
Recursos Genéticos Vegetais
Conservação;
“In situ” – Dentro do ecossistema, mantendo o habitat natural;
“Ex situ” – Fora do ambiente original ou natural;
Coleção de base (longo prazo);
Coleção ativa (Médio prazo – Banco ativo de germoplasma);
Coleção nuclear (Menores, representam a variabilidade genética da espécie);
Recursos Genéticos Vegetais
Coleção “in vivo” (a campo) – Recalcitrantes, propagação vegetativa;
Coleção “in vitro” (Geralmente propágulos em laboratório);
Coleção genômica (Fragmentos de DNA que representam o genoma);
Criopreservação (“in vitro” em longo prazo, com utilização de N líquido).
MANGABA – EMEPA - PB
ARROZ - FILIPINAS
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
Recursos Genéticos Vegetais
Acessos mantidos em coleções;
+ de 2,5 milhões;
1.200.000 cereais;
369.000 leguminosas;
215.000 forrageiras;
137.000 hortaliças
74.000 tubérculos.
Recursos Genéticos Vegetais
RGV e Melhoramento
Há uma lacuna;
Melhoristas resistem em utilizar os Bancos de Germoplasma, utilizando sua própria coleção de trabalho (evitam trabalhar com genótipos selvagens);
• Recursos Genéticos Vegetais
Causas da baixa utilização:
Documentação e descrição inadequadas;
Falta de avaliação das coleções;
Pouca disponibilidade de sementes;
Adaptação restrita dos acessos;
Falta de informações desejadas
• Recursos Genéticos Vegetais
Causas da baixa utilização:
Números insuficiente de melhoristas;
Dificuldade para identificar genes potencialmente úteis;
Ausência 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 Vegetais
Pré-melhoramento;
Intensificação na obtenção de informações sobre os acessos e criação de populações direcionando-as ao melhoramento;
Identificação de caracteres ou genes de interesse e incorporação nos materiais adaptados (elites);
Pode identificar acessos melhores que cultivares locais (Ex: LAMP).
O processo evolutivo e o melhoramento
Domesticação (utilização de certas plantas pelo homem) – originou uma coevolução tornando-as dependentes de um ambiente artificial (menor competição);
Seleção artificial – Na maioria das vezes contraria as tendências evolutivas;
O processo evolutivo e o melhoramento
Mecanismos 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 melhoramento
Teoria Sintética da evolução;
Criação de variabilidade genética (mutações de ponto, mutações cromossômicas);
Amplificação da variabilidade genética (Recombinação, hibridação, migração);
Processos que orientam para maior adaptabilidade;
Seleção e ação do acaso;
Isolamento reprodutivo;
Divergência genética;
Seleção;
Previsível;
Direcional, estabilizadora, disruptiva;
Oscilação ou deriva genética – Também possui uma direção que não é constante;
Domesticação:
Acidental – Relação inconsciente com a planta que utiliza na alimentação e passa a proteger;
Especializada – A planta é levada para junto da habitação (menor competição);
Agrícola – Melhora do ambiente para que a planta possa maximizar o seu potencial de produção (criação de ambiente artificial);
Domesticação científica;
Manipulação dos mecanismos de evolução das plantas;
Perigo do rompimento do equilíbrio;
Consciência do perigo – Campanha de conservação dos recursos genéticos;
Endogamia no melhoramento
Cruzamento entre indivíduos aparentados (primos, meios irmãos, irmãos completos, retrocruzamentos, autofecundação);
Indesejável em muitos casos e auxiliar em muitos esquemas de melhoramento;
Linhagens puras em autógamas;
Linhagens puras para obtenção de híbridos em alógamas;
Endogamia no melhoramento
Progênies para servir de base para seleção;
Eliminação de alelos indesejáveis na seleção recorrente;
Pode ocorrer devido ao pequeno tamanho da população;
Endogamia no melhoramento
Consequências;
Aumento da homozigose;
Alteração na frequência genotípica e não na frequência gênica;
Aparecimento de fenótipos indesejáveis (Deficiência de clorofila, nanismo, esterilidade, etc...);
Depressão por endogamia – Perda de vigor generalizada, diminuição na expressão de caracteres quantitativos em decorrência do aumento na homozigose;
Valor
genotípico
Frequência genotípica Genótipo S0 S1 S2 .... S
BB 10 1/4 3/8 7/16 .... 1/2
Bb 10 1/2 1/4 1/8 .... 0
bb 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?
CU
LTIV
AR
ES
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Endogamia no melhoramento
Alfafa, cenoura, milho, cana, eucalipto – plantas que mais sofrem perda de vigor com endogamia;
Cebola, girassol, centeio – nem sempre sofrem depressão;
Cucurbitáceas e autógamas – pouca ou nenhuma depressão;
Coeficiente de endogamia – nível de homozigosidade em uma geração específica;
Hibridação no melhoramento Importante tanto no sentido da exploração do
vigor híbrido quanto para promover variabilidade e obter progênies para servir de base para processos de seleção;
Heterose (SHULL, 1912) “Superioridade do híbrido em relação à média
dos pais”; “Expressão dos efeitos benéficos da
hibridação”; “Aumento do vigor, da expressão de
determinados fenótipos e da intensidade de outros fenômenos fisiológicos, decorrentes do cruzamento entre indivíduos contrastantes”;
Hibridação no melhoramento
Heterobeltiose – Superioridade (?) do híbrido em relação ao pai superior;
Heterose padrão – Desempenho do híbrido em relação a uma cultivar padrão;
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PPFhHeterose
Hibridação no melhoramento
melhorb PFhioseHeterobelt 1
padrãop TFhdrãoHeterosepa 1
Hibridação no melhoramento Manifestação da heterose;
Área foliar; Desenvolvimento do sistema radicular; Altura da planta; Rendimento; Taxa fotossintética; Metabolismo celular; Tamanho da célula; Tamanho do fruto; Número de frutos; Cor do fruto; Precocidade;
Hibridação no melhoramento
Base genética da heterose;
Dominância – O número médio de locos homozigotos desfavoráveis no híbrido é menor que em cada um dos parentais;
Sobredominância – Cada alelo de um loco possui função distinta, mas há um estímulo fisiológico em indivíduos heterozigotos;
Epistasia – Combinações específicas envolvendo alelos de diferentes locos fornecem um estímulo fisiológico;
Hibridação no melhoramento
Hibridação em autógamas;
Seleção continuada leva à fixação de linhas puras;
Hibridação para aparecimento de variabilidade (segregação transgressiva);
Heterose em autógamas?
Hibridação no melhoramento Hibridação em alógamas;
Uso em híbridos; Manutenção da variabilidade ou promoção
de variabilidade; Cruzamentos controlados para obtenção de
progênies ou famílias; Progênies ou famílias de meios-irmãos (intra
e interpopulacionais); Progênies ou famílias de irmãos germanos
(intra e interpopulacionais); Progênies ou famílias “top cross” – vários
genótipos cruzados com um testador comum;
Causas da autofertilização;
Morfologia floral que força a liberação do pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)
PLANTAS AUTÓGAMAS