programa de pós-graduação em genética e melhoramento de ... · É possível através dos...

LGN 5799 - SEMINÁRIOS EMGENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

Departamento de Genética

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

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

O Melhoramento visando a Biofortificação

Aluno: Thiago F. Mezette

Orientadora: Elizabeth Ann Veasey

SUMÁRIO

� Introdução� Micronutrientes� Combate as deficiências

� Biofortificação� Biofortificação

� Exemplos

� Considerações finais

Introdução

Produtos agrícolas – fonte primária de nutrientes para a população

↑ DEMANDA → ↑ POPULAÇÃO

1800

1 bilhão de habitantes

Atualmente

6,7 bilhões de habitantes

Brasil: 187 milhões

2050

9,4 bilhões de habitantes

Brasil: 260 milhões

↑ 1,37% ao ano

Introdução

REVOLUÇÃO VERDE

Foi um importante marco no desenvolvimento da humanidade.

Avanço na agricultura que conseguiu suprir a demanda por alimentos decorrentes do crescimento populacional.

AUMENTO DE PROBLEMAS DE DEFICIÊNCIA NUTRICIONAL

Afetando quase metade da população mundial.

Especialmente: grávidas, adolescentes e crianças.

Fonte: Welch, 1997; Welch, 2001;Graham et al., 2007.

Introdução

Figura 1 – Efeito do melhoramento vegetal na concentração de micronutrientes em grãos de trigo

Fonte: Garvin et al., 2006.

IntroduçãoFigura 2 - Estimativa do número de pessoas subnutridas em

2009, por região (milhões de pessoas).

Fonte: Fao, 2009.

Mapa da subnutrição

Fonte: Fao, 2009.

Micronutrientes� Deficiência de micronutrientes: Mundial

� Micronutrientes:� Fe� Zn� Vitamina A

� Causas:� Falta de alimentos� Alimentação desbalanceada� Alimentação desbalanceada� Baixa concentração dos micronutrientes� Baixo teor de nutrientes no solo� Alta ingestão de alimentos básicos (arroz, milho e trigo) – pobres em

vitaminas e minerais� Perdas na qualidade nutricional devido ao processo de industrialização

Ex: Arroz� Fatores anti-nutricionais – reduzem a absorção de micronutrientes

Ex: metais pesados tóxicos e fitato

Fonte: Welch, 2001; Dibb et al., 2005.

� Funções:� Transporte e armazenamento de oxigênio� Tecidos: músculos, cérebro e células vermelhas do sangue� Co-fator de reações enzimáticas

Ferro

� Anemia� ↓ capacidade de trabalho e eficiência respiratória (músculos)

� OMS (2006): 2 bilhões de pessoas são anêmicas� 1,5% morte no mundo� 1,3% homens e 1,8% mulheres

� Brasil:� Crianças < 2 anos: 41 a 77%

� Gestantes (adolescentes): 29 a 52%

Fonte: Sandstead, 2000.

Ferro

Representa 32%

Absorção: 1 a 7%

Fitato: inibidor da absorção de Fe

Representa 20%

Absorção: < 30%

� Funções:� Atividade de < 300 enzimas� Mitose, síntese de DNA e proteínas, expressão e ativação

gênica – gestação

Zinco

� Deficiência:� Redução do crescimento e desenvolvimento do feto� Sistema imunológico

� OMS (2006):� 16% infecções respiratórias� 18% índices de malária� 10% diarréias� Morte: 1,4% homens e 1,5% mulheres

� Sistema imunológico� Retardo na maturação sexual� Anorexia

Fonte: Whittaker, 1998; Osendarp et al., 2003.

Zinco

Principal fonte de zinco Fitato: inibidor de absorção do zinco

Fonte: Lonnerdal, 2000.

� Funções:� Crescimento e desenvolvimento � Diferenciação celular� Manutenção de tecidos epiteliais� Reprodução� Sistema imunológico� Visão: regeneração de fotorreceptores

Vitamina A

� Deficiência:� Deficiência:� Cegueira noturna e cegueira completa

� OMS (2006):� 127 milhões de crianças com carência e 20 milhões de

mulheres grávidas� 250 mil crianças por ano – cegas

Fonte: Zancul, 2004.

Vitamina A

� Origem animal: vitamina A

� Origem vegetal: carotenóides pró-vitamínicos A

� β-caroteno: atividade pró-vitamínica A de 100%

� α-caroteno: atividade pró-� α-caroteno: atividade pró-vitamínica A de 50%

Combate as deficiências

� Diversificação da dieta� Suplementação: crianças e mulheres grávidas� Fortificação: tecnologias pós-colheita

Infraestrutura de mercado e sistema de saúde Infraestrutura de mercado e sistema de saúde altamente funcional

Acesso da população aos produtos gerados

Combate as deficiências

BIOFORTIFICAÇÃO

Obtenção de variedades melhoradas que apresentem maior conteúdo de minerais e vitaminasmaior conteúdo de minerais e vitaminas

Melhoramento genético

convencional

Engenharia genética

� Vantagens:

� Sustentável

� Baixo custo

� Grande alcance da população

� Benefícios contínuos

Biofortificação

� Não mudança de hábitos alimentares

� Não requer alta tecnologia para o cultivo

� Ajuda a prevenir doenças

Fonte: Graham & Welch, 1996; Welch, 2001; Graham et al., 2007; HarvestPlus, 2009.

� Vitaminas e minerais variam:� Idade da planta, maturação, espécie, variedade

� Meio ambiente: clima, solo, chuvas, estação do ano

� Processamento: tempo de armazenamento, temperatura, método de preservação, preparação

Biofortificação

� Biodisponibilidade:� ↑ níveis de nutrientes ≠ da quantidade nutriente disponível para

absorção do organismo

� Melhoramento:

� ↓ de fatores antinutricionais (fitatos e metais pesados)

� ↑ compostos promotores (inulina e oligossacarídeos)

Fonte: Moraes et al., 2009.

� Programas:

� HARVESTPLUS – Breeding Crops of Better Nutrition

� AgroSalud

Biofortificação

� HARVESTPLUS� Aliança global� Apoio: Fundação Bill e Melinda Gates e Banco Mundial� Atua na África, Ásia e América Latina� Melhoria dos níveis de ferro, zinco e pró-vitamina A

Biofortificação

� 2009-2013� 2009-2013� 2ª Fase:

� Conclusão do melhoramento genético� Lançamento da primeira série de culturas biofortificadas� Conclusão dos testes de eficácia

Fonte: harvestplus.org, 2009.

Biofortificação

Fonte: Moraes et al., 2009.

� Brasil:� EMBRAPA

� Arroz� Feijão (500 acessos)� Batata doce� Mandioca (1800 acessos)� Milho (1400 acessos)

Biofortificação

� Feijão-caupi� Trigo� Abóbora

Fonte: Moraes et al., 2009.

Biofortificação

Fonte: Moraes et al., 2009.

Biofortificação

Fonte: Moraes et al., 2009.

Biofortificação – Exemplos

Biofortificação – Exemplos

� Narcissus pseudonarcissus –

gene psy

� Erwinia uredovara – gene crtl

↓ concentração de pró-vitamina A: 1,6 µg/g do total de carotenóides

� Milho – gene psy

� Erwinia uredovara – gene crtl

↑ concentração de β-caroteno: 80 – 90%

Pró-vitamina A: 30 µg/g do total de carotenóidesFonte: Beyer et al., 2002.

Biofortificação – Exemplos

� Objetivo:

� Verificar o valor da vitamina A do Golden Rice na dieta dos seres humanoshumanos

� Conclusão:

� Fator de conversão:

� β-caroteno Golden Rice em vitamina A: 3,8 para 1

� Logo o arroz dourado é uma fonte efetiva de vitamina A para os seres humanos

Biofortificação – Exemplos

� Mandioca – grande importância sócio-econômica

� Países subdesenvolvidos

� Subsistência: 500 milhões de pessoas

Biofortificação – Exemplos

� Objetivo:

� Selecionar variedades para mesa

� Alta produtividade

� Alto teor de carotenóides pró-vitamínico A

� Altos teores de Fe e Zn� Altos teores de Fe e Zn

� Baixo conteúdo de compostos cianogênicos

� Bom tempo de cozimento

Biofortificação – Exemplos� Resultados:Tabela 4 – Caracterização dos clones com relação a produção total de raízes (PTR), produção de raízescomerciais (PRC), peso total da planta (PeTP), peso das raízes comerciais (PeRC), índice de colheita (IC),altura da primeira ramificação (APR), tempo de cozimento (TC), matéria seca (MS), carotenóides totais, β-caroteno e vitamina A; Ferro (Fe) e zinco (Zn) em mandiocas já cozidas. Engenheiro Coelho-SP, 2006.

PTR PRC PeTP PeRC IC APR TC Glicosídeos

cianogênicos MS

Carotenóides

totais β-caroteno

Vitamina

A Fe Zn

Clone

(t ha-1) (g raiz-1) (%) (cm) (min.) (mg kg-1) (%) (µg 100g-1) (UI 100-1) (mg kg-1)

IAC 576-70 27,52 23,83 52,15 482,4 53,05 86 35,8 30,9 43,58 360,0 286,8 160 6,9 12,2

265/97 17,90 14,65 31,65 279,42 56,60 75 34,7 27,8 38,58 953,51 717,9 400 8,3 14,6

290/97 27,53 23,00 49,25 472,8 56,05 86 41,6 38,7 44,25 380,5 266,0 147 6,9 12,8

66/99 15,32 12,22 30,72 361,7 49,70 103 45,4 160,1 40,56 428,7 412,6 230 7,6 8,6

16/00 27,10 22,10 54,55 428,6 50,25 82 51,4 40,6 37,87 848,1 798,7 443 10,5 16,9

27/00 22,62 17,77 46,98 423,1 48,85 106 51,6 42,4 41,83 973,8 814,7 453 10,9 10,9

113/00 21,22 17,90 36,25 490,4 58,58 97 47,9 57,0 42,40 411,0 290,9 160 9,2 10,0

108/00 28,47 24,27 57,63 523,0 49,70 83 52,0 33,5 38,72 1108,1 940,1 523 8,0 9,4

33/00 15,59 12,07 29,98 351,1 51,98 101 36,5 32,2 39,72 759,7 425,2 236 8,1 12,5

28/00 28,00 20,95 47,23 449,5 60,00 127 29,4 70,7 40,72 329,5 130,2 73 6,2 6,2

109/00 20,29 16,42 42,19 368,5 47,95 113 51,3 45,7 37,92 420,9 412,2 230 7,8 17,6

56/99 22,42 19,25 35,27 459,1 63,60 108 41,0 55,2 43,34 891,3 413,9 230 9,9 9,0

105/00 25,90 20,65 52,37 475,0 49,48 78 34,7 46,4 42,17 349,2 303,1 170 7,3 9,3

1 Valores em azul foram os de melhor destaque em cada característica

2 Valores em vermelho foram os de pior destaque em cada característica

Biofortificação – Exemplos

� Conclusão:

É possível selecionar variedades de mandioca com alto potencial produtivo, alto teor de carotenóides pró-

vitamínicos A e com altos teores de Fe e Zn.

CLONE 265/97 SERÁ LANÇADO COMO VARIEDADE PARA O CLONE 265/97 SERÁ LANÇADO COMO VARIEDADE PARA O ESTADO DE SÃO PAULO EM 2010.

Biofortificação – Exemplos

� Objetivo:

� Obter transgênico com maiores níveis de β-caroteno, ácido ascórbico e folato.

Biofortificação – Exemplos

�Transformação por bombardeamento

� ZmPsy1 e PaCrtl: β-caroteno

� OSdhar: ácido ascórbico

� EcfolE: folato

� Resultados:

Biofortificação – Exemplos

Biofortificação – Exemplos� Resultados:

� 169 vezes a quantidade de β-caroteno

� 6 vezes a quantidade de ácido ascórbico

� 2 vezes a quantidade de folato

Considerações finais

� Entre a maioria das plantas cultivadas existe variabilidade para os principais micronutrientes essenciais para uma boa nutrição da população humana

�É possível através dos métodos clássicos de melhoramento, obter variedades ricas em β-caroteno, Zn e Fe

A engenharia genética também é uma importante ferramenta para �A engenharia genética também é uma importante ferramenta para obtenção de variedades biofortificadas

�A Biofortificação é uma estratégia sustentável e efetiva que pode diminuir a dimensão do problema da desnutrição no mundo

Obrigado!

Thiago: tmezette@esalq.usp.br