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LGN 313 – MELHORAMENTO GENÉTICO

Fernando Angelo Piotto

Departamento de Genética – Laboratório de Genética Bioquímica de Plantas

Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

Telefone: (019) 3429-4475 / 4125 / 4126 - http://www.genetica.esalq.usp.br/phytogen/index.html

MELHORAMENTO GENÉTICO DO TOMATEIRO

• 40 mil ha de tomate para mesa

– 2.453.700 t/ano (63,4 %)

– Produtividade de 63,5 t/ha

• 18 mil ha de tomate para processamento

– 1.414.000 t/ano (36,6 %)

– Produtividade de 70 t/ha

Introdução ao Tomateiro

R$ 4,2 Bilhões

Fonte: IBGE

• Solanaceae

– Lycopersicon esculentum Mill.

– Solanum lycopersicum L.

• Espécie autógama

– 2n = 2x = 24 cromossomos

• 13 espécies relacionadas

• Genoma: 710 milhões de pb

Introdução ao Tomateiro

Espécies ancestrais

auto-incompatíveis

Cultivares

Latino-Americanas

var. cerasiforme

Cultivares

modernas

Antigas cultivares

Européias e

Norte-Americanas

Evolução do Estilete

Latitude 0° a 30° S

Ampla gama de habitats Ambientes contrastantes

• S. lycopersicum var. cerasiforme

• S. pimpinellifolium

• S. cheesmaniae

• S. galapagense

• S. neorickii

• S. chmielewskii

• S. habrochaites

• S. chilense

• S. pennellii

• S. peruvianum

São consideradas 14 espécies atualmente

Solanum ochranthum

Solanum juglandifolium

Solanum lycopersicoides

Solanum sitiens

Spooner et al., 2005 (Taxon)

Bai & Lindhout, 2007 (Annals of Botany)

Melo et al., 2009 (Acta Horticulturae)

1524

1554 “pomi d’oro”

1711 1850 melhoramento

1870

3 gargalos de garrafa (bottlenecks)

Domesticação fora do centro de origem

Poucos acessos levados para Europa

Práticas de melhoramento genético

Processo de Domesticação do Tomateiro

Estreitamento na Base Genética

http://www.taps.org.br

Grande diversidade morfológica

Baixa diversidade genética

Espécie cultivada

Melhoramento

Hibridação

S. lycopersicum

S. lycopersicum var. cerasiforme

S. pimpinellifolium

S. cheesmaniae

S. galapagense

S. chmielewskii

S. neorickii

S. habrochaites

S. pennellii

S. peruvianum

S. chilense

Atherton & Rudich, 1986

(The Tomato Crop)

Morfologia Floral

Pétalas

Sépalas

Ovário

Estilete Anteras

Camada de

abscisão

Camada de

abscisão

Cachos Florais

Escolha das flores

Emasculação

Emasculação

Emasculação

Hibridação

Coleta do Pólen Hibridação

Coleta do Pólen Hibridação

Coleta do Pólen Hibridação

• Coleta de pólen

• Cones de anteras

• Saquinhos ou potes

• Armazenamento

Hibridação

Coleta do Pólen Hibridação

Coleta do Pólen Hibridação

Coleta do Pólen Hibridação

Cruzamento Hibridação

Hibridação Cruzamento

Hibridação Cruzamento

Hibridação Cruzamento

Métodos de Melhoramento

• Introdução e Seleção

• Seleção Genealógica (Pedigree)*

• SSD (Single-Seed Descent)*

• População (Bulk)

• Retrocruzamentos*

• Seleção Recorrente

Avaliação de Produção

• Avaliações escalonadas

• 10 cachos por planta

• Parcelas de 18 a 20 plantas

• Produção Total e Comercial

• Frutos do tipos A – AA – AAA

• Frutos danificados

Avaliação de Produção

Salada

A

AA

AAA

Italiano

A

AA

AAA

Tipo Diâmetro transversal do fruto (SALADA)

AAA Maior que 85 mm

AA Entre 65 e 85 mm

A Menor que 65 mm

Melhoramento

• O que melhorar?

• Características

• A qual mercado o produto é destinado?

• Consumo in natura (para mesa), Indústria

• Qual grupo de mercado será o alvo (para mesa)?

• Salada, Santa Cruz, Italiano, Cereja

Características Importantes no

Melhoramento do Tomateiro

Vegetativa

Hábito de crescimento

Altura

Arquitetura Foliar

Enfolhamento

Arquitetura de raiz

Reprodutiva

Quantidade Flores

Formato dos frutos

Cor dos frutos

Tamanho dos frutos

Frutos longa vida

Sabor

Textura

Tolerâncias e

Resistências

Pragas

Doenças

Desordens

Fisiológicas

• Hábito de crescimento

• Porte da planta

– Tomate para mesa

– Tomate para processamento industrial

Melhoramento: órgãos vegetativos

Diferenças Importantes

Tomate Indústria

Plantas de Crescimento Determinado

Tomate rasteiro

Uniformidade de maturação

Possibilidade de colheita mecanizada

Impacto no Teor de Sólidos Solúveis Totais (ºBrix)

Tomate para Mesa

Plantas de Crescimento Determinado

Cultivo em Sistema “Mexicano”

Tomate Para Mesa

Plantas de Crescimento Indeterminado

Tomate Para Mesa

Crescimento Indeterminado

Tomate Para Mesa

Plantas de Crescimento Indeterminado

Necessidade de tutoramento

Colheita escalonada

Maior qualidade de frutos

Tamanho padrão

Carmel-Goren et al., 2003

(Plant Molecular Biology)

1

2

3 1

2

1 1

Determinado

1

2

3

Indeterminado

1

3

2

1

3

2

Hábitos de Crescimento

Crescimento Indeterminado – SELF-PRUNING (SP)

Crescimento Determinado – self-pruning (sp)

• Variações tamanho dos frutos

– Poligenes

– fasciated (f)

– QTL fw2.2

Melhoramento: órgãos reprodutivos

Frary et al., 2000 (Science)

fasciated (f)

Grande diversidade no tamanho, formato e cor dos frutos

Coloração dos frutos

Beta-carotene (B) – Laranja

Delta-carotene (Del) – Amarelo

yellow flesh (r) – Amarelo

colorless fruit epidermis (y) – Rosa

Anthocyanin fruit (Aft) – Escuro

Formato dos frutos

ovate (o) – Formato oval

Sun (Sun) – Alongado

fasciated fruit (f) – Multilocular

• Variações na cor dos frutos

– Tipos de carotenóides

– Nutracêutica (Alimentos Funcionais)

– Culinárias típicas

Melhoramento: órgãos reprodutivos

Diversidade de Cores e Formas

Mercado Europeu x Mercado Brasileiro

Salada ou Caqui Santa Cruz Italiano

Cereja

Grupos de Mercado no Brasil

Salada = 60%

Outros = 30% Mercado

Frutos Longa Vida

• Tipos

– Normal

– Longa Vida Estrutural

– Longa vida

• non ripening (nor)

• alcobaça (alc ou norA)

• ripening inhibitor (rin)

Della Vecchia & Koch, 2002

Variações na cutícula dos frutos

Saladié et al., 2007 (Plant Physiology)

Frutos Longa Vida

• Híbrido (heterozigoto):

• Aspecto “mesclado”

• Sabor comprometido

• Pleiotropia

Melhoramento: órgãos reprodutivos

Genótipo Classe Vida Média Pós-Colheita

Tipo de Tomate Longa Vida

Homozigoto (var) Normal – Mole 4 dias Tradicional

Homozigoto (var) Normal – Firme 8 – 12 dias Estrutural

Heterozigoto (híb) alc – Firme 12 – 16 dias alc

Heterozigoto (híb) rin – Firme 12 – 20 dias rin

Heterozigoto (híb) nor – Firme 16 – 20 dias nor

Heterozigoto (híb) rin e nor – Firme 20 – 28 dias rin/nor

var = variedade; híb = híbrido

No inverno, os frutos duram em média 4 dias a mais Della Vecchia & Koch, 2002

Tolerâncias e Resistências

• Fungos

• Bactérias

• Vírus

• Nematóides

• Insetos

• Desordens Fisiológicas

Fusarium – raça 3

• Fungos

– I1, I2, I3 (Fusarium oxysporium f. lycopersici)

– Ve (Verticiulium albo atrum)

– Sw (Stemphylium solani; Stemphylium lycopersici )

– Cf1... Cf9 (Cladosporium fulvum)

• Bactérias

– Pto (Pseudomonas syringae pv. Tomato)

• Vírus

– Tm-1, Tm-2, Tm-3 (TMV)

– Ty1, Ty-2, Ty-3 (TYLCV)

• Pragas

– Mi (Nematóides do gênero Meloidogyne)

Tolerâncias e Resistências

Pacote Mínimo

I1, I2, Ve, Mi

Híbridos com até

12 resistências

• Transgenia

• Seleção assistida por marcadores

• Mapeamento de QTLs

• Mutagênese

• Sequenciamento

Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro

http://www.sgn.cornell.edu/about/tomato_sequencing.pl

Acesso: 18/05/2010

Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro

Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro

http://www.eppo.org

www.agric.nsw.gov.au Helicoverpa armigera

(Broca-dos-Frutos)

Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro

Kumal & Kumal, 2004 (Crop Protection)

• Transgênico:

• Expressa a proteína Cry1Ab de Bacillus thuringiensis

• Resistência a Helicoverpa armigera (Broca-dos-Frutos)

Controle Transgênico

Controle

Transgênico

Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro

• Proteção contra o câncer

• Doenças cardiovasculares

• Doenças degenerativas relacionadas à idade

• Anti-inflamatórios

• Promotores de acuidade visual

• Retardadores da obesidade e diabetes

Acúmulo de Antocianinas nos Frutos

Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro

Butelli et al., 2008 (Nature Biotechnology) Barra = 2cm

Delila (Del) / Rosea1 (Ros1)

Genes de Boca-de-Dragão

(Antirrhinum majus)

http://www.dkimages.com

Boca-de-Dragão

(Antirrhinum majus)

Comerciantes (pós-colheita)

Tolerâncias:

Pragas e Doenças

Produtividade

Estresses

abióticos

Arquitetura

e hábito

Firmesa

Sabor

Cor

Textura

Longa

vida

Nutracêutica

Produtor Consumidor

O que é necessário melhorar no tomateiro?

OBRIGADO!!!

fpiotto@gmail.com