CONTROLE
GENÉTICO DE
DOENÇAS DE
PLANTAS
CONTROLE GENÉTICO
L.E.A. Camargo e A. Bergamin Filho
37.1 INTRODUÇÃO
O emprego de resistência genética no controle de doenças vegetais
representa um dos mais significativos avanços tecnológicos da agricultura. O uso de
cultivares resistentes é o método de controle preferido simplesmente por ser o mais barato e
de mais fácil utiliza;ção. Na verdade, existem culturas onde o controle das doenças mais
importantes dá-se, quase que exclusivamente, por meio da resistência, tais como as
ferrugens e carvões dos cereais e da cana-de-açúcar, as murchas vasculares em hortaliças e
as viroses na maioria das culturas.
Três etapas devem ser consideradas em qualquer programa de obtenção de
cultivares resistentes:
1.O fitopatologista deve primeiro identificar fontes de resistência ,ou seja,
identificar germoplasma que possui genes de resistência procurados;
2.o segundo passo é a incorporação desses genes em cultivares comerciais
por meio de métodos de melhoramento.
3.Finalmente, após a obtenção de uma cultivar resistente, o fitopatologista
deve traçar melhor estratégia para que a resistência seja durável face à natureza dinâmica
das populações patogênicas.
37.2 FONTES DE RESISTÊNCIA
O primeiro passo na elaboração de um programa de melhoramento é a
identificação de material vegetal que fornecerá os genes de resistência. O melhorista
geralmente recorrem aos genes existêntes em linhagens ou cultivares comerciais, pois essas
são as fontes de mais fácil acesso. Elas apresentam indiscutível vantagens de serem
melhoradas, isto é, a freqüência de alelos que controla características agronômicas
indesejáveis é muito baixa. O trabalho de: Krupinski & Sharp (1979), que será discutido no
ítem 37.4.2 é um típico exemplo da reutilização de genes de resistência a ferrugem amarelo
presentes em cultivares comerciais de trigo.
Em alguns casos, no entanto, os genes inexistem , ou, se presentes nos
cultivares comerciais, não conferem o nível satisfatório de resistência. Neste caso, o
melhorista deve recorrer ao germoplasma selvagem, isto é, não-cultivado. Em uma primeira
instância, o melhorista pode procurar tais genes em populações selvagens ou não
melhoradas que sejam da mesma espécie do cultivar a ser melhorado. Em uma segunda
instância, o melhorista pode recorrer a espécies deferentes, mas geneticamente afins,
pertencentes ao mesmo gênero. A transferência intraespecífica de genes é facilmente obtida
por meio de cruzamentos, ao passo que transferências interespecíficas geralmente requerem
auxílio de técnicas especiais para garantir a sobrevivência do híbrido. Estas técnicas, que
foram discutidas no capítulo 25, incluem fusão de protoplastos, cultura de anteras, resgate
de embrião, etc.
Tabela 37.4- Ausência de interação diferencial. Presença de cultivares com
diferentes níveis de resistência horizontal.
Isolados Cultivares
G H I
7 4 3 2
8 4 3 2
9 4 3 2
TABELA 37.5- Ausência de interação diferencial. Presença de isolados com diferentes
níveis de agressividade
Isolados Cultivares
J K L
10 4 4 4
11 3 3 3
12 2 2 2
TABELA 37.6- Presença de interação diferencial. Os cultivares apresentam resistência
vertical e horizontal,e os isolados (raças) também apresentam agrecividade e virulência.
Isolados Cultivares
M N O
13 5 3 3
14 2 5 2
15 1 1 5
resistência horizontal e agressividade. Na tabela 37.4, tem-se apenas resistência horizontal,
não havendo virulência nem variação de agressividade no patógeno. Na Tabela 37.5 tem-se
variação de agressividade de ausência tanto de variação em níveis de resistência horizontal
como de resistência vertical e virulência. Finalmente, na Tabela 37.6, tem-se variação tanto
em resistência vertical e horizontal no hospedeiro como variação em agressividade e
virulência no patógeno.
37.3.2 Características genéticas e agronômicas das resistências vertical e horizontal
37.3.2.1 Controle genético
É comum encontrar na literatura a noção de que a resistência vertical é do
tipo monogênica enquanto que a resistência horizontal é do tipo oligo/poligênica. Embora
exista inúmeros exemplos onde esta correlação é verdadeira, deve-se tomar muito cuidado
com esta generalização, pois existem contra-exemplos de todos os tipos. A resistência em
sorgo a Periconia circinata, a Puccinia hordei, medida pelo tempo que leva entre
inoculação e o aparecimento de sintomas (período latente), é poligênica, mas apresentam
interações diferenciais com raças do patógeno (Parlevliet, 1977).
37.3.2.2 Durabilidade
Resistência vertical monogênica é passível de ser vencida dentro da
capacidade microevolutiva do patógeno. Isto significa, em outras palavras, que este tipo de
resistência tende a ser efêmera. Este é um fato para o qual não faltam exemplos na
literatura, dentre os quais a transitoriedade da eficiência dos genes Dm de alfaçe contra
Bremia lactucae (Crute, 1992), do genes R de resistência a Phytophthora em batata (
Vanderplank, 1968), dos monogenes de resistência a Pyricularia oryzae em arroz
(Kiyosawa, 1989) e dos monogenes de resistência a ferrugem e antracnose (gene ARE) em
feijoeiro( Beebe & Corrales, 1991) são alguns dos mais conhecidos. Também é geralmente
aceita a idéia de que a resistência horizontal oligo-poligênica está além da capacidade
microevolutiva do patógeno em ser vencida. É o caso do cultivar Proctor de cevada,
resistente ao fungo Ustilago nuda. O fungo penetra o embrião da planta, infectando os
pistilos jovens da flor somente na época da polinização. No cultivar Procton, ao contrário
dos cultivares susceptíveis a polinização ocorre enquanto a inflorescência está envolta pela
bainha (cleistogamia), impossibilitando a infecção. Esta resistência tipicamente horizontal,
impresumivelmente além da capacidade de mudança do patógeno é oligogênica, sendo
governada por três genes.
A concepção da durabilidade da resistência vertical e horizontal não se
originou baseada apenas em dados de campo. Existem considerações teóricas que levem ao
aceite de que sistemas poligênicos de resistência possuem maior “capacidade tampão” de
resistir a mudanças genéticas no patógeno do que sistemas monogênicos. Estas
argumentações assumem que tanto sistemas poligênicos como monogênicos seguem a
hipótese gene-a-gene, discutida no capítulo 24. Assim sendo, uma resistência poligênica
será muito mais estável do que uma monogênica pois, para que surjam formas variantes do
patógeno, no primeiro caso (assumindo as mesmas condições ambientais e genéticas, tais
como pressão de seleção e taxa de mutação, respectivamente) são requeridas mudanças
genéticas em vários loci de patogenicidade, ao contrário do sistama monogênico, onde a
mudança deve ocorrer em apenas um locus.
37.3.2.3 Efeitos na epidemia
A resistência vertical, pode ser efetiva apenas contra algumas raças do
patógeno, age no sentido de reduzir a quantidade efetiva de inóculo inicial, fazendo com
que o início da epidemia seja atrasado.
Imagine-se, como exemplo, dois campos de batata lado a lado. Num deles
cresce um cultivar sem nenhum gene R de resistência vertical e no outro um cultivar com o
gene R1, que confere resistência a determinadas raças de Phythophthora infestans.
Geralmente, no início do ciclo da cultura, o numero de esporos do patógeno é bastante
pequeno, de tal forma que ambos os campos, independentemente do genótipo dos cultivares
neles plantados, permanecem insentos de doença. No entanto, mais tarde, ambos são
atingidos por uma leve chuvas de esporos originária, por exemplo, de campos vizinhos que
foram infectados mais cedo. Dos esporos que chegam até os dois campos em discussão,
Suponha que 99% pertença a raças que não podem infectar a variedade com
gene R1, tais como as raças (0), (2), (3), k(4), (2,3), ketc. O restante 1% de esporos
pertence às raças (1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,2,3), etc., que podem infectar ambos os campos.
SUSCETÍVEL
RESISTENTE 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
10 20 30 40 50
Para este grupo de raças, o campo com o gene R1 é tão suscetível quanto o campo sem
genes R. O resultado da chuva de esporos é que o campo sem o gene R1 iniciou seu ciclo
com um inóculo efetivo 100 vezes maior do que o campo com o gene R1. O Número inicial
de lesões (por planta, por M2 , por há, enfim, qualquer unidade que se escolha) é 100 vezes
maior no campo sem gene R1 do que no campo com ele. Dessas lesões iniciais o fungo
começa a se disseminar: a epidemia tem início. Daqui para a frente, a epidemia prosseguirá
com a mesma rapidez tanto num campo como no outro, mas a quantidade de inóculo no
campo com R1 é somente 1/l00 daquela existente no outro campo. Por causa dessa menor
quantidade de inóculo inicial, a epidemia em R1 é retardada pelo período de tempo
necessár9io para o inóculo aumentar 100 vezes. Isso se traduz em um atraso no início da
epidemia.
A Figura 37.1 ilustra os fatos descritos acima. Além dos dias de atraso no
início da epidemia, pode-se também notar que a taxa de aumento da doença, neste caso, não
é reduzida pela presença do gene R1, mostrando-se tão rápida no cultivar resistente quanto
no suscetível. Isto significa que a raça (1), por exemplo. Pode atacar uma variedade R0: os
esporos germinam e penetram do mesmo modo, o micélio coloniza o tecido hospedeiro
com a mesma eficiência, os esporos são produzidos no mesmo modo e nos mesmos
números, etc. Um observador experimentando, mesmo fazendo inspeções periódicas nos
dois campos em discussão, não poderá decidir qual deles tem o cultivar com gene R1, a não
ser baseado no atraso inicial da epidemia.
Com a resistência horizontal a situação é diferente. Ao contrário da
rsistência vertical, que geralmente manifesta-se conferindo ao cultivar que posui a
imunidade ou hipersensibilidade contra determinadas raças do patógeno (efeito
0.8
1.0
qualitativo), a resistência horizontal, apesar de efetiva contra todas as raças,
apenas diminui o tamanho das lesões produzidas pelo patógeno, aumenta seu período
latente, diminui o número de esporos produzidas pelo patógeno, aumenta seu período
latente, diminui o número de esporos produzidos por lesão, e assim por diante. Todos os
seus efeitos são parciais e quantitativos: em cultivares com resistência horizontal, a
eficiência de infestação é menor do que um cultivar suscetível, as lesões crescem mais
lentamente, os esporos são produzidos mais tardiamente e em menor quantidade, etc. Todos
estes efeitos somados produzem uma redução na taxa de desenvolvimento da doença (o
valor de r na equação 30.14 do capítulo 30, por exemplo), sem afetar significativamente o
inóculo inicial, como ilustrado na Figura 37.2.
pode-se então, de maneira geral, resumir os efeitos dos dois tipos de
resistência no curso de uma epidemia dizendo que a resistência vertical afeta,
principalmente, o inóculo inicial (xo da equação 30.11 para doenças de juros compostos e
Q da equação 30.13 para doenças de juros simples, conforme visto no capítulo 30),
enquanto que a resistência horizontal afeta, principalmente, a taxa de desenvolvimento da
doença (r da equação 30.11 para doenças de juros compostos e R da equação 30.13 para
doenças de juros simples).
Até aqui se discutiu o efeito isolado na epidemia das resistências vertical e
horizontal. Para avaliar o comportamento da epidemia na presença de ambas, considere-se
os quatro cultivares hopotéticos representados na Figura 37.3. O cultivar A tem pouca
resistência horizontal e nenhuma vertical. O cultivar B tem a mesma quantidade de
resistência horizontal que A além de resistência vertical. O cultivar C assemelha_se ao
0.0
0.2
0.4
0.6
10 20 30 40 50 60 70
A B C
TEMPO(DIAS
cultivar A por não ter resistência vertical, mas possui uma maior quantidade de resistência
horizontal. Essa resistência horizontal é suficiente para dobrar o tempo gasto pelo patógeno
para causar o dobro de doença, qualquer que seja ele, em relação ao cultivar A. O cultivar
D tem a mesma resistência vertical de B e a mesma resistência horizontal de C. A curva D
tem, portanto, a mesma inclinação da curva C. Entretanto, enquanto a curva B está somente
10 dias atrás da curva A, a curva D está 20 dias atrás da curva C porque a resistência
horizontal reduziu pela metade a taxa de infecção e duplicou o tempo necessário para a
doença recuperar a perda de inóculo inicial causada pela resistência
vertical. A resistência horizontal do cultivar D reforça grandemente a resistência vertical
que ele possui, Mesmo considerando que os níveis da resistência vertical e da horizontal
sejam pequenos, como mostrado pelas curvas B e C, o efeito combinado delas no cultivar D
é muito satisfatório.
Os bons resultados obtidos com a combinação de resistência horizontal e
vertical, como enfatiza Vanderplank (1968), são importantes de se conhecer. A leteratura
de resistência a doenças discute com freqüência o uso alternativo das resistências horizontal
e vertical. Raramente reconhece, no entanto, que os dois tipos apresentam resultados
sensivelmente melhores quando usados em combinação.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
10 20 30 40 50 60
TEMPO(DIAS)
37.4MÉTODOS CONVENCIONAIS DE MELHORAMENTO
O método usado em programas de melhoramento para resistência a doenças
não diferem dos métodos usados para outras características agronômicas. A escolha do
melhor método de seleção leva em consideração, principalmente, o tipo de reprodução do
hospedeiro (autógama ou alógama) e a natureza genética da resistência (monogênica ou
poligênica). Neste capítulo, não se pretende uma discussão aprofundada sobre os métodos
convencionais de melhoramento, uma vez que estes podem ser encontrados em textos
clássicos de excelente qualidade (item 37.8). O que se pretende aqui é discutir certas
peculiaridades intrínsecas que devem ser levadas em consideração durante o processo de
seleção de genótipos resistentes a doenças.
37.4.1 Seleção de resistência monogênica
Como discutido no capítulo 24, a resistência monogênica caracteriza-se por
uma distribuição descontínua do fenótipo, de tal modo que indivíduos resistentes podem ser
facilmente distinguidos dos susceptíveis. Viu-se, também, que esta resistência é a preferida
dos melhoristas, pois é muito mais fácil de ser manipulada em programas de melhoramento.
Em se tratando de resistência monogênica, o melhorista, normalmente, depara-se com a
seguinte situação: um gene de resistência é identificado em uma fonte de resistência, que
pode ser uma linhagem ou um germoplasma selvagem, por exemplo. O objetivo é transferir
o gene para um cultivar suscetível, mas que possua um ótimo mercado para outras
características agronômicas. A preocupação deve ser a de adotar um método de seleção que
preserve ao máximo as características agronômicas. A preocupação deve ser a de adotar um
método de seleção que preserve ao máximo as características agronômicas deste cultivar,
ao mesmo tempo em que possibilite a introdução do gene de resistência. Neste caso, o
método do retrocruzamento é o preferido. O termo retrocurzamento refere-se ao
cruzamento repetido de uma progênie híbrida com um dos genótipos parentais, que é
chamado de parental recorrente (no caso, o cultivar ao qual se quer incorporar o gene de
resistência). O genótipo parental dque fornece o gene de resistência é o doador. Na Figura
37.4 é apresentada uma representação esquemática da transferência de um gene de
resistência à raça 1 de Phytophthora megasperma f. sp. Sojae por meio do retrocruzamento.
Os cultivares Mukden e Hark são, respectivamente, os parentais doador e recorrente. Neste
caso, a resistência é controlada pelo gene dominante Rps. A cada ciclo, a proporção do
genoma do parental doador na progênie vai diminuindo, até que, após vários ciclos, o
genoma do parente recorrente é restaurado, exceto que, agora, ele contém o gene de
resistência. Note que, no caso da transferência de um gene dominante, o retrocruzamento é
extremamente simples, uma vez que existem duas classes fenotípicas: a resistente e a
suscetível. Assim, testes de progênie são necessários para saber quais plantas retrocruzadas
ao parental recorrente).
O método do retrocruzamento também pode ser utilizado para transferência
de mais de um gene simultaneamente, desde que o efeito fenotípico destes possa ser
facilmente identificado. Um exemplo é obtenção de um cultivar que possui vários
monogenes de resistência vertical, uma prática chamada de piramidamento de genes,
como será visto adiante. Cada gene é facilmente identificado por inoculações com as
correspondentes raças do patógeno. Segundo Fehr (1987), existem duas estratégias que
podem ser utilizadas quando da transferência de múltiplas características monogênicas:
a) a transferência simultânea dos genes durantes um único programa de
retrocruzamento ou
b) a transferência dos genes em programas independentes e posterior
combinação destes em um único indivíduo ao final do programa. O
problema da primeira
X
Parente doador Resistente Mukden Rps1 Rps1
Parente recorrente Suscetível Hark rps1 rps1
50% Mukden 50% Hark
F1 Rps1 rps1 Hark
M X X Hark X Hark
Figura 37.4- Esquema de retrocruzamento para incorporação do gene Rps da resistência a
Phytophthora megasperma f.sp. sojae usando os cultivares Mukden e Hark,
respectivamente, como parental doador e recorrente ( Fehr, 1987).
estratégia é que um número elevado de plantas deve ser obtido a cada geração para que seja
possível obter, entre estes, um indivíduo que contenha todos os alelos desejáveis. A título
de exemplo, suponha que o objetivo seja transferir simultaneamente quatro genes de
resistência, ABCD. A frequência de indivíduos heterozigotos para cada locus (Aa Bb Cc
Dd) na geração BC1F1 é de 1/16. Em contraste, se os quatro genes fossem transferidos em
programas independentes, a freqüência de heterozigotos em cada programa aumentaria
para ½. Um outro problema associado com a primeira estratégia é a necessidade de
inculação simultânea com diversas raças, o que pode não ser viável na prática.
25% Mukden 75% Hark
BC1F1 Suscetível rps1rps1 e resistente Rps1
descartar
12.5% Mukden 87,5% Hark
BC2F1 Suscetível rps1 rps1 e resistente Rps1 rps1
Descartar
Repetir por várias gerações
Quando os genes são transferidos independentemente para um mesmo
cultivar recorrente, obtém-se linhagens quase-isogênicas (praticamente idênticas), cada uma
contendo um gene diferente de resistência. Como visto, estes genes podem ser combinados
em um único cultivar (piramidamento), mas também podem ser mantidos em linhagens
separadas, que serão plantadas em misturas, dando origem às multilinhas( ver item 37.5.4).
Autógamas Alógamas Amandoim Milho
Ervilha Centeio Feijão Alfafa Soja Repolho
Sevada Brócolis Trigo Couve-flor Aveia Melancia Arroz Cebola Sorgo Pepino
Tomate Abacate Tabaco Banana Citros Uva alfaçe Mamão linho Manga
37.4.2 Seleção de resistência oligo/poligênica
Os métodos de melhoramento de resistência oligo/poligênica não diferem
dos demais utilizados para outras características agronômicas quantitativas. O
melhoramento dá-se pelo acúmulo gradual de alelos favoráveis e pode ser acompanhado
por meio de médias e variâncias. A principal consideração, como foi dito, é quanto ao tipo
de reprodução da cultura, se alógama ou autógama (Tabela 37.7).
37.4.2.1 Seleção em plantas alógamas
Em alógamas, os métodos de seleção massal e de famílias são muito
utilizados para acumular genes de resistência. A seleção massal é a estratégia de seleção
mais simples, onde os indivíduos mais resistentes são selecionados e suas sementes são
colhidas e misturadas, originando uma nova população. O processo é repetido, até que se
obtenha o nível de resistência desejado. A obtenção de cultivares resistentes ao vírus do
encrespamento da berterraba deu-se, no início do século, por meio de seleção massal. A
doença ameaçava dizimar os plantios desta cultura. Indivíduos resistentes foram
continuamente selecionados, por mais de 27 anos,em plantios comerciais onde a doença
mostrava-se severa, resultando em uma população altamente resistente, a US1. Desta
população originou-se a maioria dos cultivares resistentes atualmente em uso nos EUA.
Na seleção massal, plantas são selecionadas baseadas em suas reações
individuais à doença. Na seleção de famílias (progênies). Ao contrário, as plantas são
selecionadas baseadas nas reações de suas progênies. As sementes de plantas cujas
progênies mostraram-se mais resistentes são usadas no próximo ciclo de seleção. As
progênies podem ser obtidas de diversas maneiras: pela autopolinização de uma planta,
pelo cruzamento controlado entre duas plantas (progênie de irmãos germanos) ou, ainda,
pelo cruzamento entre uma planta mãe com várias outras plantas ao acaso (progênie de
meio-irmãos). Não será discutido aqui o mérito de cada um destes métodos, uma ves que o
tema já foi exaustivamente tratado por Hallauer & Miranda (1988).
Bleicher et al. (1993) estudaram a eficiência da seleção massal em acumular
genes de resistência a Exserohilum turcicum, agente causal da queima das folhas dom
milho, no cultivar pirapoca de milho-pipoca. Os autores compararam três de conídios,
capturados, à taxa aparente de infecção e ao inóculo inicial. Na Figura 37.5 pode-se ver o
progresso obtido com a seleção nestes diversos parâmetros. Nota-se, já no primeiro ciclo de
seleção, uma diminuição estatisticamente sigfnificativa da ordem de 20% na porcentagem
de área folia infectada. Houve também uma diferença significativa para este parâmetro
entre o primeiro e terceiro ciclos. A diferença no número médio de conídios capturados foi
significativa somente no promeiro ciclo, ao passo que uma diminuição significativa na taxa
aparente de infecção foi verificada após o seguundo ciclo de seleção. Os autores concluíram
que a seleção massal simples foi eficiente em aumentar os níveis de resistência ao patógeno
em apenas três ciclos de seleção.
Na cultura do milho, que faz uso intensivo de cultivares híbridos, depois que
genes de resistência são acumulados em uma população, como exemplo discutido acima, os
melhores indivíduos são selecionados e auto-polinizados se, assim, linhagens homozigotas
ou puras que poderão ser, posteriormente, cruzadas entre si, gerando híbridos simples. Um
híbrido simples, por sua vez, ou com outro híbrido simples, gerando um híbrido duplo. A
produção de piramidamento (ver item 37,5,2), onde os genes de resistência de cada
linhagem pura são combinados em híbridos.
47.4.2.2 Sele.cão em plantas autógamas
Os métodos de seleção em culturas autógamas devem se adequar ao sistema
reprodutivo da planta. Nestas culturas, geralmente, a polinização cruzada é difícil de ser
obtida na prática, o que eleva os custos do processo. Desta forma, a regra é reduzir os
cruzamentos manuais ao mínimo indispensável.
Os métodos mais utilizados em programas de melhoramento para resistência
são “pedigree”e “bulk”. No primeiro caso (Figura 37.6), uma população F2 é estabelecida e
os melhores indivíduos desta geração são selecionados. Estas plantas são auto-polinizadas
naturalmente, gerando famílias F3, que serão avaliadas no campo. A seleção, a partir desta
geração, é feita tanto dentro de famílias como entre famílias, isto é, os melhores indivíduos
das melhores famílias são selecionados. As sementes oriundas do auto-cruzamento destes
indivíduos selecionados irão compor a geração F4. A seleção inter-e intrafamilial é repetida
60
50
40
30
20
10
0
0.07
% A
FI
Taxa
apa
rent
e de
infe
cção
0,065
0,06
0,055
0,05
2500,05
2000.05
1500.05
1000,05
500.05
0,05
0 1 2 3
Ciclo de seleção
Figura 37.5- Progresso na seleção massal para resistência a E. turcicum no cultivar de
milho Pirapoca medido através da porcentagem da área foliar atacada (A), taxa aparente de
infecção (B) e produção de esporos (c). Dados adaptados de Bleicher et al.(1993).
até, aproximadamente, a geração F6-F8. Quando estas gerações avançadas são atingidas,
existe um alto grau de homozigotos dentro de famílias devido aos sucessivos ciclos de auto-
cruzamento. Entre famílias, porém, existe interfalilial, com a seleção de todos os indivíduos
das melhores famílias. O método do “bulk”difere do pedigree, pois a semente dos
indivíduos selecionados em cada geração são misturadas antes do início do ciclo seguinte.
Núm
ero
de e
spor
os
A seleção é baseada na performace individual de cada planta e não na performace de sua
progênie. Este processo avança até a geração F6-F8 começando, a partir deste método é que
permite a manipulação de um maior número de plantas até o início da seleção interfamilial.
Parlevliet & Kuiper (1985) demostraram que o método do pedigree pode ser
usado para selecionar genes de resistência poligênica a Puccinia hordei em cevada que
prolongam o período latente da doença. Mais importante foi a demonstração de que a
seleção de plantas sub condições artificiais de inoculação em casa-de-vegetação é eficiente
Pedigree F2 F3 F4 F5 F6
Progênie a Planta b Progênie Planta Progênie Planta Progênie
17-5-9-13 275 230 265 260 308 278 300 329
17-16-7 275 230 265 260 325 287 313 347
A= IPL médio da progênie.
B=IPL da planta selecionada
para selecionar genótipos que, mais tarde, demonstraram elevado grau de resistência em
condições de campo. Os autores estabeleceram um índice de período latente (IPL), relativo
ao período latente do cultivar suscetível L94, que foi fixado em 100 unidades. O cultivar
Cebada Capa, que além de possuir resistência poligênica para longo IPL, também possui o
gene vertical Pa7, foi cruzado com o cultivar Vada, que apresenta somente baixos níveis de
resistência poligênica (IPL= 185), gerando uma população F2. As plantas F2 foram
inoculadas no estágio de “seedling” com a raça 1-2-1 do patógeno, que é avirulenta ao
gene Pa7. As plantas que se mostraram resistentes foram descartadas, para que a seleção
continuasse na ausência do gene vertical (ver item 37.4.3). O restante das plantas foi
inoculado e avaliado no estágio do início da formação de suas estruturas florais, sob
condições de casa-de-vegetação. Nesta geração foram selecionadas plantas F2 que
apresentaram extremos de resistência, medido através do período latente. As sementes
resultantes do auto-cruzamento de cada planta F2 originou famílias F3, que também foram
avaliadas para período latante. Os melhores indivíduos das melhores famílias foram
selecionados e suas sementes foram utilizadas para o ciclo seguinte. O processo repetiu-se
até a geração F5. A Tabela 37.8 ilustra os progressos obtidos na seleção para longos
períodos latentes em dois pedigrees resultantes do cruzamento entre Cebada Capa e Vada.
O pedigree 17-5-9-13. Por exemplo, originou-se de uma planta F2 que apresentou um
IPL=275. O IPL médio da progênie resultante do auto-cruzamento desta planta foi de 230.
Nesta família, um indivíduo que apresentou IPL=265 foi selecionado e originou uma
família cujo IPL médio foi de 260. O IPL médio da progênie F6 deste pedigree foi de 329,
bem superior, portanto, ao IPL do cultivar parental suscetível Vada. Como a seleção deu-se
unicamente baseada em ensaios de casa-de-vegetação, o material selecionado da geração F5
foi posteriormente testadosob condições de campo (Parlvliet et al., 1985). O IPL médio
destas variou entre 280 e 291, indicando uma boa correspondência entre resultados de casa-
de-vegetação e campo. Segundo os autores, o aumento obtido no período latente através da
seleção reduziu em aproximadamente 100% a severidade da doença seis semanas após o
plantio, comparada à severidada verificada no cultivar parental Vada.
Krupinsky & Sharp (1979) realizaram um programa de melhoramento
visando a resistência poligênica à ferrugem amarela do trigo usando cultivares comerciais
que apresentam níveis baixos e intermediários de resistência. O método de seleção
empregado
foi o do “pedigree”. Os autores hibridizaram mais de 20 cultivares de trigo e
selecionaram, em cada cruzamento, os melhores indivíduos F2. As progênies destes
indivíduos foram avaliadas e os melhores indivíduos selecionados. O progresso repetiu-se
até a geração F6. A Figura 37,7 entre os cultivares Manitou e centana. A freqûencia de
indivíduos resistentes (lesões do tipo 00,0-, 0 e 1-) aumentou de zero, na geração F2, para
mais de 90%, na geração F6. O fato mais interessante é que houve segregação
transgressiva para resistência, isto é, foram obtidos indivíduos mais resistentes
intermediários de resistência, (lesões do tipo 2 e 3 , respectivamente). A segregação
transgressiva deu-se, neste caso, possivelmente pela combinação de genes de resistência
dos dois cultivares, ilustrando a possibilidade de utilizar cultivares com níveis
intermediários de resistência em programas de melhoramento.
37.4.3 Seleção de resistência oligo/poligênica na presença de resistência vertical
monogênica
Resistências vertical monogênica e horizontal poligênica podem ocorrer em
um mesmo genótipo. Neste Caso, de acordo com Parlevliet (1989), a seleção da resistência
horizontal na presença de resistência vertical monogênica pode produzir efeito contrário ao
desejado, resultando em frequências elevadas de genes de resistência vertical. Isto porque o
efeito principal dos genes de resistência vertical pode fazer com que o efeito secudário dos
poligenes não seja detectado sob determinadas condições experimentais (ver discussão no
item 24.2.1). na tentativa de solucionar este problema, é comum a noção de que o uso de
misturas de raças como inóculo reduz a variação devida à resistência horizontal. Segundo
Parlevliet (1983), este procedimento é incorreto pois, quando cultivares contendo diferentes
genes verticais são inoculados com uma mistura de raças, estas podem diferir quanto ao
número de raças na mistura a que são resistentes. Esta diferença, por sua vez, pode acarretar
uma variação fenotípica quantitativa entre cultivares que, finalmente, pode ser interpretada,
erroneamente, como resultante da presença de resistência horizontal poligênica. O cultivar
que apresentar uma combinção de genes que seja efetiva contra o maior número de raças na
mistura apresentará, também, os menores níveis de severidade. O autor sugere que, nestes
casos, uma raça com o espectro de virullência o mais amplo possível seja utilizada.
37.4.4 O efeito da Vertifolia
O efeito vertifolia refere-se à erosão (perda) da resistência horizontal
poligênica no processo de seleção para resistência vertical, devido a um estreitamento da
base genética do material vegetal durante o melhoramento. O termo foi cunhado por
Vanderplank (1963), referindo-se à erosão da resistência horizontal verificado no cultivar
Vertifolia de batata, que contém os genes R3 e R4 de resistência a Phytophthora infestans.
O autor conclui que quando a resistência vertical de Vertifolia é quebrada com isolados
capazes de vencer os genes R3 e R4, a doença desenvolve-se mais rapidamente do que em
cultivares devido ao efeito dos genes de resistência vertical. Uma vez que se inicia, pporém
o progresso é mais rápido. Nos cultivares sem genes verticais, por outro lado, a epidemia
tem início precocemtente, mas sua taxa de progresso é reduzida. Vanderplank acredita que,
durante o melhoramento de Vertifolia, os genes de resistência horizontal foram descartados,
ao passo que nos cultivares sem genes de resistência horizontal foram descartados, ao passo
que nos cultivares sem genes verticais ainda há um nível de resistência horizontal suficiente
para reduzir a taxa de progresso da epidemia.
A erosão da resistência pode ocorrer mesmo em casos onde a seleção não é
intencionalmente voltada para a resistência vertical. Davis et al. (1990) relataram a erosão
de resistência a Puccinia sorghi em uma população de milho doce submetida a 10 ciclos de
seleção massal para várias características agronômicas, exceto para resistência a P. Sorghi.
Foi verificado um significativo aumento da suscetibilidade média da população melhorada
em relação a população original, evidenciando a perda de genes de resistência durante a
seleção. A erosão, segundo os autores, pode ser devida à associação da resistência com
características agronômicas indesejáveis, que foram eliminadas durante a seleção.
Um outro mecanismo de erosão genética é a deriva genética, muito
freqüente em populações pequenas. Segundo Falconer (1989), em populações pequenas a
frequência de genes que não estão sob pressão seletiva tende a variar de geração em
geração de maneira aleatória devido, principalmente, a efeitos de amostragem. A deriva
tem um efeito cumulativo em populações sob seleção, porque a freqüência de um certo
gene em uma dada geração é que as freqüências irão se alterar cada vez mais até atingir um
de dois extremos: a fixação (quando a freqüência do gene for igual a 1,0) ou a extinção
(quando a freqüência do gene for igual a 0,0). No caso do cultivar Vertifolia, é possível
para os genes R3 e R4. O melhorista pouco pode fazer para evitar a deriva. Ela pode ser
atenuada, no entanto, se o tamanho da população for aumentando ou, ainda, selecionando-
se, ao mesmo tempo , para resistência vertical e horizontal.
37.5 ESTRATÉGIAS DE USO DA RESISTÊNCIA VERTICAL MONOGÊNICA
Cultivares que possuem resistência vertical geralmente mantêm-se
resistentes apenas por um período de tempo devido ao aparecimento (por mutação) e/ou à
seleção de genes correspondentes de virulência de genes de virulência
é extremamente rápida e pode ser detectada de um ano para outro. Existem
algumas estratégias de utilização de genes de resistência vertical que podem, no entanto,
prolongar sua vida útil. Para entender os mecanismos de atuação de tais estratégias na
população patogênica faz-se entender os mecanismos de atuação de tais estratégias na
população patogênica faz-se necessário introduzir os conceitos de seleção estabilizadora e
direcional.
37.51 Seleção estabilizadora e direcional
as estratégias que serão discutidas a seguir baseiam-se no princípio proposto
por Vanderplank (1963) de que “raças com genes desnecessários de virulência são menos
áptas em sobreviver”. O experimento de Watson & Singh (1952) ilustra este. Nesse
experimento, foram inoculadas, ao mesmo tempo, num cultivar de trigo com o gene R1 de
resistência vertical, duas ou três raças de Puccinia graminis f.sp. tritici que diferiam entre si
no número de genes de virulência. Através de isolamentos e inoculaçòes sucessivas, foi
possível demostrar, claramente, que raças com genes desnecessários de virulência tem
menor capacidade adaptativa quando comparadas com raças sem genes desnecessários ou
com um menor número deles. Os resultados estão sumarizados na Tabela 37.9.
Tabela 37.9- Efeito da passagem através do cultivar Federation sobre a porcentagem de
várias raças de Puccinia graminis f.sp. tritici (estraído e modificado de Vanderplank, 1963.
Dados originais de Watson & Singh, 1952).
Mistura
Mistura
Raças*
Raças
Número de passagens em Federation (R1)
1 3 4 5
1 (1) 69.0 85.5 86.4 88.8
(1,2) 31.0 14.5 13.6 11.2
2 (1,2) 71.3 90.4 90.8 86.5
(1.2.3) 28.7 9.6 9.2 13.5
3 (1,2) 61.1 58.6 56.6 47.7
(1.3) 38.9 41.4 43.4 52.3
4 (1) 84.9 96.6 97.8 95.2
(1,2,3) 15.1 3.4 2.2 4.8
5 (1) 65.7 82.1 77.0 72.6
(1,3) 34.3 17.9 23.0 27.4
6 (1,2,3) 65.6 4.7 8.3 5.2
(1.3) 34.4 95.3 91.7 94.8
7 (1) 57.9 68.5 63.8 74.2
(1,2) 33.2 30.4 35.4 25.4
(1,2,3) 8.9 1.1 0.8 1.4
8 (1) 52.9 68.1 378.1 71.5
(1,2) 9.4 4.0 3.2 3.7
(1,3) 37.7 27.9 18.7 24.8
9 (1) 66.2 92.1 089.7 87.2
(1,2,3) 19.9 1.1 0.8 0.5
(1.3) 13.9 6.0 9.5 12.3
*A nomeclatura das raças de Puccinia graminis f.sp. tritici foi alterada visando maior
clareza. Na realidade, a raça (1) corresponde à raça 126-6; a raça (1,2) à 126-6; a raça (1,3)
à 222-2,6 e a raça (1,2,3) corresponde à raça 222-1,23.
O postulado de Vanderplank implica na presença de um mecanismo de
homeostase genética, onde a freqüência de genes de virulência em determinada população
do patógeno, após ser perturbada por algum evento(como a introdução de um cultivar
resistente), tende a reverter o seu estado original quando da remoção do evento perturbador.
Este mecanismo foi demostrado por Vanderplank de seleção estabilizadora, em contraste
com a seleção direcional, onde ocorre a seleção em direção à virulência. Imagine-se, como
exemplo, que um cultivar R1 de um hospedeiro qualquer esteja sendo cultivado numa
grande extenção de terra. No início, ocorre seleção direcional favorecendo a raça que tem o
genótipo suficiente para quebrar a resistência conferida por R1; a raça que contém o gene 1
de virulência. Se o cultivar for substituído por um outro contendo os genes R1 e R2, a
população do patógeno, também por seleção direcional, passará a se constituir, em sua
maioria, de indivíduos da raça contendo os genes 1 e 2 de virulência. Se, após algum tempo
o cultivar R1R2 for substituído por R1, a raça (1,2) do patógeno, embora virulenta em R1,
estaria menos apta a se adaptar às novas condições do que a raça (1), pois carrega um gene
desnecessário de virulência (o gene 2). Desta forma, ocorreria seleção estabilizadora
favorecendo a raça (1), que voltaria a prevalecer no campo.
Um exemplo concreto da ocorrência da seleção direcional e estabilizadora
foi relatado por Watson & Luig (1963). Esses autores acompanharam o comportamento do
patógeno, Puccinia graminis f.sp. tritici, quando o cultivar de trigo Eureka foi introduzido
na Austrália, em 1939. Os dados obtidos pelos autores estão presentes na Figura 37.8. Na
figura, vê-se claramente que em 1939, quando Eureka foi introduzida, não existia,
praticamente, a raça de ferrugem capaz de atacá-la. Logo em seguida, porém, essa raça
começou a aumentar, até causar uma severa epidemia, por volta de 1945, quando Eureka
foi abandonada pelos agricultores. A partir daí, a raça que possuía o gene de virulência
capaz de vencer a resistência de Eureka começou, cada vez mais, a tornar-se menos
prevalecente, até desaparecer quase que completamente por volta de 1960. Desse ano em
diante, no entanto, o cultivar Eureka voltou a ser cultivado em larga escala, fato que foi
acompanhado, novamente, por um aumento significativo da população da raça em questão.
Neste exemplo real, a pressão seletiva que obrigou a população do patógeno a mudar foi o
cultivar Eureka, ficando bem evidenciada a ação da seleção estabilizadora quando a pressão
seletiva deixou de existir.
37.5.2 Piramidamento de genes
O piramidamento de genes é uma estratégia de usode genes de resistência
vertical cujo objetivo é o de previnir o aparecimento de novas raças do patógeno. Segundo
esta estratégia, vários genes de resistência vertical são incorporados em um único cultivar.
O sucesso do piramidamento depende da premissa de que a probabilidade de aparecimento
de uma “super-raça”, contendo todos os genes de virulência necessários para atacar esta
combinação de genes de resistência, é muito baixa. Assim, quanto maior o número de genes
incorporados, mais longeva será a resistência do cultivar. No entanto, os crítocos do
piramidamento acreditam que o aparecimento de “super-raças” não é um evento tão raro,
ainda mais sob a prática do piramidamento, uma vez que esta acaba impondo uma pressão
direcional tremenda em favor das “super-raças”. Aparecendo numa “super-raça”,
argumentam os críticos, os genes de resistência serão utilizados de uma só vez, ko que seria
uma catástrofe.
Como discutido anteriormente, o piramidamento pode ser obtido por meio de
retrocruzamento,. Este foi o método utilizado por Flor & Comstock (1971), por exemplo,
para desenvolver um cultivar de linho contendo vários genes de resistência a Melampsora
lini. O processo de obtenção de pirâmide de genes é muito lento e culstos, o que representa
uma séria limitação da estratégia (Fehr, 1987). O uso do piramidamento tem sido
preconizado no controle da ferrugem do feijoeiro (Beebe & Corrales, 1991) e utilizado em
vários patossidtemas (Pedersen & Leath, 1988), mas a eficiência de tal estratégia em
prolongar a longevidade de genes de resistência ainda está por ser demonstrada.
37.5.3 Rotação de genes
O princípio da rotação de genes é o mesmo da rotação de culturas usado no
controle de certas doenças (ver capítulo 35). O objetivo é o de reduzir a pressão da seleção
direcional, reduzindo a pressão para o aparecimento de novas raças. Um certo cultivar
contendo um gene de resistência vertical R1 é usado até que surja uma raça (1) capaz de
quebrar sua resistência. Esete cultivar é então sustituído por um outro contendo um gene
diferente de resistência (2). Após alguns anos, retorna-se ao cultivar R1, fechando o ciclo
de rotação.
A rotação de genes foi utilizada na Austrália entre 1938 e1950 no controle
da ferrugem do colmo em trigo. Também foi recomendada como medida de controle de
doenças do arroz pelo Instituto Internacional de Pesquisas do Arroz (IRRI), em 1980
(Singh, 1986). A estratégia requer um alto grau de cooperação por parte dos agricultores, o
que pode representar um sério fator limitante uma vez que o agricultor, geralmente, não é
muito afeto a trocar, anualmente, de cultivar.
37.5.4 Multilinhas
As multilinhas são uma mistura de linhagens agronomicamente semelhantes
(ou quase idênticas), mas que diferem entre si por possuírem, cada qual, um diferente gene
de resistência vertical. As multilinhas são o oposto da pirâmide de genes pois, na pirâmide,
os genes são concentrados em um único indivíduo. Ao passo que nas multilinhas, os genes
estão distribuídos em indivíduos de linhagens diferentes. O objetivo desta estratégia é o de
estabilizar a estrutura racial da população patogênica, minimizando as possibilidades de
aparecimento de novas raças.
Existem dois conceitos de multilinha (marshall & Pryor, 1978): a multilinha
suja (“dirty crop”) e a limpa (“clean crop”). Na multilinha suja, nenhuma das linhagens
usadas na mistura é resistente a todas as raças do patógeno. A denominação “suja” vem do
fato de que a doença sempre estará presente no campo, embora em níveis reduzidos. Na
multilinha limpa, ao contrário, são usadas linhagens que possuem genes diferentes que
conferem resistência à maioria das raças do patógeno prevalecentes no local, com o intuito
de obter um campo limpo, livre de doença.
O uso de multilinhas sujas tem duas conseqüências importantes para o
controle de doenças: reduz o inóculo inicial e a taxa progresso da doença e estabiliza a
composição racial da população patogênica (Marshall,1989). As conseqüências
epidemiológicas das multilinhas sujaspodem ser ilustradas com o seguinte exemplo.
Considere uma multilinha composta por quatro linhagens, cada qual contendo um gene de
resistência: R1, R2, R3 e R4. Assim, a raça do patógeno(1) pode atacar a linhagem R1, a
raça (2), a linhagem R2, a raça (1,2), as linhagens R1 e R2, e assim por diante. A
multilinha, do ponto de vista epidemiológico, apresenta as vantagens das resistências
vertical e horizontal somadas, já que tanto o inóculo inicial como a taxa de
desenvolvimento da doença são diminuídos (ver item 37.3.2). Supondo que as raças (1),
(2), (3) e (4) ocorram na mesma proporção, o inóculo inicial será reduzido a 25%. A texa de
progresso da doença também será grandemente afetada, já que os esporos provenientes de
uma planta doente terão 75% de probabilidade de caírem em alarmantes dentro da
plantação é bem pequena. É digno de nota que a multilinha apresenta as vantagens da
resistência horixontal mesmo que suas linhagens não apresentam elevados níveis desta. Se,
porém, as linhagens forem reforçadas com algum nível de resistência horizontal em edição
aos genes de resistência vertical, o resultado será, sem dúvida, uma variedade D da figura 3.
O sucesso da multilinha suja depende, a exemplo do piramidamento, do não
aparecimento de uma “super-raça”contendo todos os genes de virulência necessários para
atacar as multilinhas da mistura. Uma raça do tipo (1,2.3.4) seria capaz de atacar todas as
multilinhas do exemplo discutido acima de uma só vez. Então, qual a diferença entre o
piramidamento e a multilinha no que diz respeito ao aparecimento de novas raças? A
diferença, clamam os defensores das multilinhas, está na intensidade da seleção direcional.
Num campo com genes piramidados, existe uma enorme pressão para a seleção de uma
“super-raça”, pois o patógeno não tem altlelrnativa: ele só sobreviverá se possuir todos os
genes necessários para atacar o cultivar. Na multilinha, ao contrário, a pressão de seleção
direcional é relaxada, uma vez que sempre existirá uma linhagem suscetível. Com o
relaxamento da seleção direcional, aumenta a seleção estabilizadora contra genes
desnecessários de virulência, o que, por sua vez, garante a não seleção de “super-raças”.
Multilinhas têm sido empregadas no controle de doenças de culturas
autógamas, tais como trigo e aveia. A Fundação Rockfeller, por exemplo, lançou um
programa de desenvolvimento de multilinhas de trigo para o controle da ferrugem do
colmo. A primeira multilinha, denominada de Miramar 63, foi lançada na Colômbia, no
início da década de 60 (Singh, 1986). A multilinha era composta pelas dez linhagens mais
resistentes selecionadas entre 1200 resultantes de 600 cruzamentos envolvendo o cultivar
brasileiro Frocor. Dois anos após o início da utilização de Miramar 63, duas linhagens
tiveram que ser substituídas, pois apresentavam níveis elevados da doença. Apesar disso, as
perdas econômicas sempre se mantiveram abaixo de 20%.o programa de melhoramento de
trigo do Centro Internacional de Melhoramento do Milho e Trigo (CIMMYT), no México,
também desenvolve multilinhas resistentes à ferrugem do colmo, ferrugem da folha e
septorioses. Um exemplo é a multilinha obtida através do cruzamento do cultivar “Siete
Cerros”com mais de 500 cultivares ou linhagens provenientes de várias partes do mundo
(Fehr, 1987).
Um outro exemplo do uso de multilinhas é o programa de melhoramento de
aveia para rresistência a Puccinia graminis f. sp. Avenae e Puccinia coronata, desenvolvido
pela Universidade de Iowa (Browning & Frey, 1969), no qual mais de 25 genes de
resistência foram incorporados, via retrocruzamento, a linhagens isogênicas, resultando em
seis diferentes multilinhas.
O programa de melhoramento do Instituto de Melhoramento Vegetal de
Cambridge, desenvolvido por M.S. Wolfe e colaboradores, também faz uso de uma
mistura, não de linhagens, mas de cultivares comerciais, numa estratégia bem semelhante
ao das multilinhas. A diferença, neste caso, é que a mistura envolve um número reduzido de
cultivares comerciais, cada um apresentando um certo nível de resistência ao espectro de
raças presentes na área.embora os efeitos epidemiológicos das misturas de cultivares sejam
essencialmente os mesmos das multilinhas, os genes de resistência utilizados não seriam
“fortes” o suficiente para garantir o aparecimento de “super-raças”. Segundo Wolfe e seus
colegas, a composição da mistura deve ser alterada antes que a freqüência da “super-
raça”atinja níveis epidêmicos, de modo a causar um contínuo desequilíbrio nas forças
seletivas que agem na composição racial da população patogênica.
37.5.5 Distribuiçã geográfica de genes de resistência
A estratégia de distribuição geográfica de genes de resistência equivale, na
prática, a um sistema multilinhas em escala maior. Segundo esta estratégia, o plantio de
cultivares contendo genes de resistência segue um padrão planejado de distribuição
geográfica. No caso das ferrugens dos cereais no hemisfério norte, por exemplo, o padrão
de distribuição dos genes de resistência seguiria o caminha anualmente trilhado pelo
patógeno, a chamada “trilha da Puccinia”. Para entender melhor o exemplo, deve-se
considerar que a erradicação do hospedeiro alternativo da Puccinia graminis f. sp. Tritici, o
Beriberis vulgaris , criou uma situação na qual o patógeno não pode mais sobreviver no
campo na fase de écio durante o inverno. Seu ciclo de vida foi reduzido à fase uredinial,
que ocorre no trigo (ver capítulo 4). Dessa forma, o patógeno tem que forçosamente,
acompanhar os plantios de seu hospedeiro. A “trilha de Puccinia”ocorre no hemisfério
norte porque os plantios, durante o inverno, são feitos no sul e, gradativamente,
acompanhando as mudanças de estação, atravessam o continente, estendendo-se até o
Canadá, lá chegando durante o verão. Assim sendo, as epidemias que ocorrem no norte são
dependentes de inóculo produzido no sul. Esta interdependência, na opinião de Browning
Frey (1969), pode ser explorada com genes de resistência vertical, de modo a reduzir o
inóculo inicial. Segundo os autores, se diferentes genes de resistência forem usados em
plantios do sul e do norte, o inóculo produzido em uma área seria avirulento em outra
quebrando, desta maneira, a “trilha da Puccinia”.
A estratégia é extremamente elegante e engenhosa e foi sugerida, também,
para o controle da ferrugem de aveia e da podridão de Phytpphthora em soja no norte dos
EUA, assim como para o controle da ferrugem da folha do trigo na Índia. A estratégia
requer a existência de um certo número de genes de eficiência similar no controle das raças
prevalecentes na área, assim como uma intensa cooperação entre melhoristas,
fitopatologistas e agricultores. Segundo Fehr (1987), exemplos de uso da estratégia em
grande escala nos EUA são raros, primariamente devido à dificuldade de encontrar genes
de eficiência similar. Segundo o autor, caso um gene mostre-se superior aos outros, ele será
o preferido entre os melhoristas, que acabam relegando os demais a um segundo plano.
37.6 SELEÇÃO ASSISTIDA POR MARCADORES MOLECULARES: UMA NOVA
PERSPECTIVA NO CONTROLE GENÉTCO
Um dos maiores problemas associados ao melhoramento de resistência
poligênica reside na difícil identificação de todos os genes responsáveis por esta
característica. No caso de resistência monogênica, o problema não é tão grave assim, uma
vez que, como foi visto, estes genes exercem uma grande influência sobre o fenótipo. No
caso de poligenes, ao contrário, a contribuição fenotípica individual de cada gene não é tão
evidente. A solução ideal seria “marcar” cada um dos poligenes, de modo que a seleção
destes pudesse ser monitorada durante o programa de melhoramento.
A idéia de usar marcadores em programas de melhoramento não é nova.
Thoaday (1691)foi quem primeiro reconheceu a possiblidade do uso de características
fenotípicas controladas por monogenes como marcadores para a seleção indireta de
poligenes. A idéia é muito simples: se um poligene estiver em ligação (“linkage”) com um
monogene que causa um efeito facilmente detectável no fenótipo, então pode-se selecionar
indiretamente o poligene baseado no efeito fenotípico do gene vizinho. É claro qua a
eficiência desta seleção vai depender muito de quão próximo do cromossomo estão os dois
genes. Quanto mais próximos, menor a probabilidade de que os genes sejam separados por
permuta. Para ilustrar esta idéia, tome-se o exemplo da resistência de repolho a
Xanthomonas campestris pv. campestris (Camargo, 1994). A resistência da linhagem
Badger Inbred-16 é oligogênica, envolvendo pelo menos quatro genes. Uma planta desta
linhagem foi cruzada com uma planta da linhagem de brócolis Cr-7, suscetível ao patógeno.
A análise genética da segregação da resistência revelou que dois dos oligoligenes estão em
ligção com dois genes que controlam o comprimento do pecíola da folha, de modo que
plantas resistentes apresentam pecíolos curtos em plantas suscetíveis apresentam, pecíolos
longos (lembre que a folha de repolho é séssil, enquanto que a folha de brócolis possui um
longo pecíolo. Desta fpr, a transferência dos dois genes de resistência da linhagem Badger
Inbred-16 para linhagem Cr-7 poderia ser feita indiretamente, \selecionando-se as plantas
com menor pecíolo. Neste caso, o comprimento do pecíol,o estaria sendo usado como um
marcador fenotípico.
O exemplo usado acima apresenta algumas limitações práticas. A primeira
diz respeito ao nível de polimorfismo do marcador. O comprimento do pecíolosó pode ser
usado em cruzamentos repolho versus brócolis, e não em cruzamentos existe pouca ou
nenhuma variação para comprimento de pecíolo (diz-se que o marcador não é polimorfo
nestes casos). A segunda limitação deve-se às características agronomicamente indesejáveis
que podem ser conferidas pelo gene marcador. Usando-se o comprimento de pecíolo para a
seleção de genes de resistência no cruzamento brócolis versus repolho, resultariam
linhagens resistentes de brócolis com folhas sésseis ou de pecíolo curto, que fogem do
padrão estético tradicional do brócolis (folhas largas e de longo pecíolo); neste caso,
poderia haver uma rejeição de mercado aos novos cultivares de brócolis. A terceira e mais
importante limitação diz respeito à quantidade de genes marcadores: apenas dois dos quatro
genes de resistência seriam selecionados, uma vez que os outros dois não estão ligados a
outros genes que controlam o comprimento do pecíolo.
As limitações impostas pelo uso de marcadores fenotípicos foram, em
grande parte, suprimidas com o advento dos chamados marcadores moleculares, tais como
os fragmentos de restrição de comprimento polimórfico, ou simplesmente RFLPs (ver item
26.7.1). Estes marcadores são fragmentos cromossômicos pequenos, gerados após a
digestão do ácido nucléico com enzimas de restrição. O tamanho de fragmentos homólogos
entre indivíduos distintos de uma mesma espécie pode ser altamente variável, o que pode
ser visualizado sob certas condições géis de eletroforese ou membranas de nutrocelulose.
Isto faz com que seja possível definir, por exemplo, de qual linhagem parental um
indivíduo F2 recebeu um certo fragmento. Considere-se o cruzamento entre um indivíduo
resistente e um suscetível que mostram polimorfismo para um determinado fragmento
cromossômico (RFLP) e indivíduos F2 obtidos deste cruzamento, conforme ilustra a Figura
37.9. Se este fragmento vier de uma região cromossômica que esteja muito próxima a um
gene de resistência, então ele deve co-segregar com o gene de resistência, isto é, a grande
maioria das plantas F2 que apresentarem o fragmento da planta parental resistente deverão
também ser resistentes, e a grande maioria das plantas suscetíveis deverão apresentar o
RFLP da planta parental suscetível. Se, por outro lado, o RFLP vier de uma região distante
do gene de resistência, não haverá co-segregação. No exemplo da Figura 37.9, está muito
claro que há co-segregação. Na prática, no entanto, devido à natureza poligênica da
resistência, as diferenças não são tão óbvias, uma vez que outros genes envolvidos na
resistência também estão presentes.
Neste caso, recorre-se a funções estatísticas para determinar se há co-
segeegação ou não (ver item 37.8 para referências sobre o assunto).
Os RFLPs são superiores como marcadores, pois um número virtualmente
ilimitado deles pode ser obtido, possibilitando o mapeamento de todas as regiões
cromossômicas e dos genes presentes nestas. Assim um RFLP pode ser identificado ligado
a cada poligene de resistência. Outra vantagem é que são fenotipicamente neutros, isto é,
não apresentam a desvantagem de estar associados com características agronomicamente
indesejáveis. Finalmente, o nível de polimorfismo é bem superior aos marcadores
fenotípicos .
A identificação de genes responsáveis por características quantitativas por
meio de marcadores moleculares permite a manipulação individual de cada um,
essencialmente como se fosse genes mendelianos, seguindo a idéia de H. Nilsson-Ehle,
discutida no início do capítulo 24, de características quantitativa podem ser vistas como
fruto da presença de vários genes mendelianos, cada qual contribuindo para uma pequena
parcela de variação fenotípica. A possibilidade de marcar cada poligene de resistência abre
novas perspectivas no controle de diversas condições ambientais e genéticas. Por meio de
cruzamentos genéticos, pode-se construir linhagens quase-isogênicas para cada poligene e
estudar os efeitos de cada um, separadamente e em diversas combinações, no
desenvolvimento da doença. A combinação de genes verticais e genes horizontais
poligênicos pode ser obtida com relativa facilidade, possibilitando explorar as vantagens da
combinação destes tipos de resistência. A transferência de genes recessivos de resistência
durante o retrocruzamento também pode ser grandemente facilitada pela eliminação da
necessidade de testar plligênies. Finalmente, o mais interessante é a possibilidade de
piramidar vários poligênies de resistência, talvez realizando o sonho comum de
fitopatologistas e melhoristas, ou seja, a obtenção de cultivares que sejam resistentes para
sempre.
37.7 BIBLIOGAFIA CITADA
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37.8 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
Os esforços concentrados, principalmente por parte de países desenvolvidos como
os EUA, de instalar, a nível global , uma política de patenteamento de genes que porventura
forem descobertos em germoplasma selvagem, tanto animal como vegetal, têm suscitado
grande polêmica acerca do controle do material depositado em bancos de genes. Os
intrigantes livros de Mooney (1986) e Juma (1989) trazem uma discussão profunda sobre
este problema e são de leitura obrigatória para melhoristas e fitopatologistas interessados
em aspectos históricos, sociais, econômicos e éticos da utilização conservação do
germoplasma selvagem.
O artigo de Goodman (1990) aborda os custos relativos e benefícios para a
agricultura da manutenção dos bancos de germoplasma. O autor apresenta uma perspectiva
histórica sobre a utilização de germoplasma selvagem em programas de melhoramento das
grandes culturas, especialmente milho.
Goodman , M.M. Genetic and germ plasm stocks worth conserving. Journal of
Heredity 81: 11-16, 1990.
Juma, C. The gene Hunters: Biotechnology and the Scramble for Seeds. New
Jersey, Princeton University Press, 1989. 288 p.
Mooney, P.R. O Escândalo das Sementes. São Paulo, Livraria Nobel, 1986. 146p.
Existem livros clássicos que abordam com detalhes os métodos convencionais de
melhoramento. Dentre eles, recomenda-se os livros de Allard (1960) e Fehr (1987), já
citados, que são utilizados como livros de texto em disciplinas sobre métodos de
melhoramento. Recomenda-se também, o livro de Hallauer & Miranda Filho (1988) para
uma discussão avançada sobre os diversos métodos de seleção massal e de progênies em
espécies alógamas. Finalmente, o excelente livro de Vencovsky & Barriga (1992) trta de
aspectos biométricos da seleção de caracteres quantitativos.
Hallauer, A. R. & Miranda Filho, J.B. Quantitative Genetics in Maize Breeding.
Ames, Iowa State University Press, 1988, 468p.
Vencovsky, R. & Barriga, P. Genética Biométrica no Fitomelhoramento. Sociedade
Brasileira de Genética, 1992, 486p.
A idéia de que raças patogênicas contendo genes desnecessários de virulência são
menos aptas em sobreviver é, na verdade, um axioma proposto por Vanderplank. Existe
considerável controvérsia acerca da validade deste axioma. Primeiro, porque este não foi
extensivamente validado na prática. Segundo, porque não está claro se a menor aptidão de
sobrevivência destas raças está ligada aos genes de virulência Per se. Recomenda-se o
capítulo de Marshall sobre a validade do axioma de Vanderplank e possíveis repercussões
nas estratégias de emprego de genes de resistência vertical.
Os métodos de mapeamento de genes de resistência usado RFLPs como marcadores
genéticos esttão descritos nos trabalhos de Edwards et al. (1987), Lander & Botstein (1989)
e Tanksley é bem concisa e explanatória e apresenta as várias aplicações na agricultura do
mapeamento de genes via RFLPs. Como exemplos onde a técnica foi utilizada para mapear
genes de resistência oligo/poligênica, consulte Heun (1992), Nodari et al. (1993) e Young
bet al. (1993), além de Camargo (1994), já citado. A revisão de Melchinger (1993) e Young
et al. (1993), além de Camargo (1994), já citado. A revisão de Melchinger (1990) aborda
aspectos teóricos e práticos do uso de marcadores moleculares no melhoramento visando a
resistência oligogênica.
Edwards, M.D..; Stuber, C.W.; Wendel, J. E. Molecular-marker-facilitated
investigations of quantitative-trait loci in maize. I. Numbers, genomic distributions and
types of gene action. Genetics 116: 113-125, 1987.
Heun, M. Mapping quantitative powdery mildew resistance of barley using a restriction
fragment length polymorphism map. Genome 35: 1019-1025, 1992.
Lander, E.S.& Botstein, D. Mapping Mandelian factors underlying quantitative traits
using RFLP linkage maps. Genetics 121: 185-199, 1989.