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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

CU

LTIV

AR

ES

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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( 211

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