seminario plantas ornamentais - escola superior de

Melhoramento de Plantas Ornamentais

Aluno: Thiago Luiz da Mata

Orientador: Prof. Dr. José Baldin Pinheiro

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

LGN 5799- SEMINÁRIOS 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

1. Introdução

1.1. Definição

Plantas Ornamentais: toda planta cultivada por sua beleza

1.2. Histórico

�Domesticação recente (inferior a 500 anos)

� Entre 4.000 e 6.000 espécies são comercializadas mundialmente

� 60 espécies brasileiras em catálogos internacionais (destaque para Leguminosae, Solanaceae e Myrtaceae)

Fonte: FAO 1993

1. Introdução

1.3. Brasil – Preferência e Mercado���� Valores Agregados: Rosa� Rentabilidade: Violeta� Popularidade: Helicônia, Orquídea e Bromélia

1.4. Pesquisas Realizadas em Âmbito Mundial

Fonte: Pubmed 2009

2. Mercados

2.1. Comércio Mundial

���� Avaliado em US$ 75 bilhões ao ano

2.2. Comércio Brasileiro

2.2.1. Produção

� Superior a 4 mil produtores

� Cultivo de 6 mil hectares (304 municípios)

� Geração de mais de 120 mil empregos

Fonte: Ibraflor 2007

2. Mercados

� Destaque: São Paulo (Atibaia e Holambra)

� Tendências de descentralização: RS, PR, SC, MG, RJ, GO, DF além de Norte e Nordeste

Gráfico 1 – Distribuição da Produção (2007)

Fonte: Ibraflor 2007

Gráfico 2 – Participação nas Exportações (US$)

2. Mercados

2.2.2. Economia Nacional

� Floricultura: U$$ 1,2 bilhões / ano

� Consumo doméstico: U$$ 6,5 per capita

� Padrões brasileiros inferiores aos mundiais

Fonte: Ibraflor 2007

25361371431706,5

ArgentinaEUAAlemanhaNoruegaSuíçaBrasil

Tabela 1 – Consumo per capita (US$)

� Concentração da demanda no Brasil em datas festivas e comemorativas

� Exploração reduzida do potencial genético nacional

Conclusão: potenciais de mercado e biológico bastante promissor

3. Dados Relevantes

� Escassez de pesquisas com novas cultivares

FALTA DE DADOS AGRONÔMICOS,

GENÉTICOS E BOTÃNICOS

�BAIXO ÍNDICE DE

DESCRITORES

AUSÊNCIA DE GARANTIAS DO

OBTENTOR

�

�

FALTA DE RECURSOS PARA ATIVIDADES DE

DOMESTICAÇÃO, CONSERVAÇÃO E PRÉ-

MELHORAMENTO

�

LEI DE PROTEÇÃO DE CULTIVARES PELA ABPCflor

(PATENTES)�

AUMENTO DA PRODUÇÃO E

COMERCIALIZAÇÃO E DOS

INVESTIMENTOS EM PESQUISA

Fonte: IAC 2009

4. Pré-Melhoramento

RECURSOS GENÉTICOS

�PRÉ-

MELHORAMENTO

�PROGRAMAS DE MELHORAMENTO

� Atividade promissora e bastante recente

� Realizada principalmente por instituições públicas, que retêm importantes BAG´s

Exemplos: IAC (pioneirismo), Jardim Botânico de São Paulo, Instituto Florestal, Universidades Paulistas (UNICAMP e ESALQ), Embrapa

Fonte: IAC 2009

+

4. Pré-Melhoramento

Pereira et al. 2008

→ Seis espécies de Bromélias

→ Maior velocidade de germinação (<7 dias ):Aechmea blanchetiana, Wittrockia gigantea e Dyckia pseudococcinea

→ Rápida formação de plântulas: (8-18 dias)A. Blanchetiana e W. gigantea

→ Alto potencial de germinação (> 80%)

Todas

Aumento da velocidade de produção!

5. Melhoramento Genético

Constante Demanda de Produtos

Exigências comerciais, do produtor e consumidor

�

�

Dinamização do mercado de plantas ornamentais

�

Programa de Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

5.1. Citogenética

� Predição de cruzamentos inter-específicos

5.1.1. Estratégias

Alteração da Ploidia

� Poliplóides Naturais: rosa, crisântemo , dália, tulipas, gladíolo e petúnias

� Poliplóides Artificiais: uso de antimitóticos (colchicina) interferindo nas fibras do fuso mitótico

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Exemplos e Curiosidades:

� Petúnias

Triplóides utilizados na produção de flores maiores

Tetraplóides (superbíssimas) naturais encontradas em meio a cultivares diplóides

�

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

� Poliploidia usada em larga escala para espécies comerciais (petúnia, amor perfeito, lírio, malmequer, calêndula, antirrinum)

� Auto-popliplóides

- aumento do vigor

- expansão do período de florescimento

- flores maiores e enrugadas

- intensificação na cor e fragrância.

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Variedades diplóide e triplóide da rosa T.B.

Flores tetraplóides e hexaplóides

�orizalina

Kermani et al. 2003

5. Melhoramento Genético

Características: Tetraplóides e Hexaplóides

FOLHAS

� Aumento da espessura

� Intensificação da cor verde-escura

�Aumento da razão largura/comprimento

CAULE

� Aumento dos internódios nos tetraplóides e diminuição nos hexaplóides

Variedade Diplóide Variedade Tetraplóide

Kermani et al. 2003

5. Melhoramento Genético

FLORES

Tetraplóides:

� Aumento no número de pétalas

� Maior viabilidade do grão de pólen

Variedade Diplóide Variedade Tetraplóide

Kermani et al. 2003

5. Melhoramento Genético

Uso de Protoplastos

� Criação de Plantas Ornamentais diversas

Exemplos: Nicotiana e Petunia

� Transferência genética (resistência)

Limitação: Métodos de Regeneração são pouco desenvolvidos

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Fases de Regeneração de Protoplastos em Nicotiana alata

�

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

TIPOS DE FUSÃO DE PROTOPLASTOS:

1. Hibridização Simétrica

� Doação total do Genoma

Vantagem: Grande diversidade genética (superação de barreiras sexuais)

Desvantagens: Uso limitado e a não-aplicabilidade em espécies arbustivas e arbóreas

2. Hibridização Assimétrica

� Doação parcial do Genoma

� Uso de irradiação para fragmentação cromossômica

Vantagem: Alternativa aos Híbridos simétricos estéreis

Desvantagem: Técnica não utilizada em ornamentais (fase inicial de estudo)

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Variação Somaclonal

Definição: variação genotípica e/ou fenotípica ocorrida em plantas regeneradas

Técnicas de Micropropagação:

� Uso de Meristemas apicais e laterais

� Uso de brotos e embriões adventícios

� Estados de proliferação desordenada (Callus)

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

� Seleção de 2.000 mudas ao acaso

� Análise comparativa com mudas de rizomas

� Variação da ordem de 61,4%

→ Ocorrência de 3 tipos de variantes somaclonais:

1. Variação da Clorofila na Folha (VCF)

2. Variante de Porte Baixo (VPB)

3. Variante da Coloração do Pseudocaule e Pecíolo (VCPP)Rodrigues 2005

5. Melhoramento Genético

Formas variegadas (A), anãs (B) e harmônicas (C) em Helicônia

5. Melhoramento Genético

Mutagênese

→ Aumento da variabilidade genética

→ 2 tipos de indução – química (EMS) e física (Raios gama)

→ EMS e Gama = plantas anãs, folhas escuras, ↑ tricomas

→ Gama = ↓ dominância apical

→ EMS = ↑ taxa de germinação e menos deletéria que gama

5. Melhoramento Genético

5.2. Genética Quantitativa

Transferência das plantas ornamentais de seu ambiente natural

�

Modificações Fisiológicas

Alteração do ambiente Alteração da planta

�

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

5.2.1. Bases Genéticas

� Alto nível de heterozigozidade (propagação vegetativa)

� Escassez de informações (herança)

� Pequeno número de estudos para estimar variância dos caracteres (Crisantemum)

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Velocidade de Florescimento

(73%)

Comprimento do internodo

(67%)

�Aumento da

Efetividade de Seleção

Variância de Caracteres (Crisantemum)

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

5.2.2. Procedimentos de Seleção

Nível: Planta

Alta Herdabilidade � Rapidez no

Processo Seletivo

�Baixa

HerdabilidadeNecessidade de

Cruzamentos

�

Maior Diversidade (tipos, cores e crescimento)

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Ambiente e Seleção

� Locais: casas de vegetação e campo

� Mesmo local: seleção e produção comercial

� Relevância para estudos de interação genótipo-ambiente

� Preferência por ausência de interação

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

5.2.3. Seleção para Produtividade

�Mercado: apelo estético e características de produtividade

� 2 Grupos de Produtividade

1. CULTURAS DE LONGA DURAÇÃO

� Colheitas regulares ao longo dos anos

� Variedade quanto ao número de hastes

� Exemplos: alstroeméria, gérbera, cravo e rosa

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

2. CULTURAS DE CURTA DURAÇÃO

� Colheita completa ao longo de semanas

� Diferenças de produtividade medida pela velocidade de desenvolvimento e eficiência ou otimização do uso do espaço e qualidade

� Exemplos: crisântemo e flores de vaso

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Fatores determinantes para a Seleção

� Competição Intergenotípica (Crisantemum)

� Ambientes de Seleção

� Insensibilidade Ambiental

� Caracteres Correlacionados (Boca-de-leão)

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

5.2.4. Critérios de Seleção (Produção)

� Rendimento ou Produtividade (Rosa)

� Diminuição dos ciclos entre plantio e floração (Kalanchoe)

� Qualidade e Uniformidade (Crisântemo e Lírio)

� Longevidade

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

� Uso de 4 portas-enxerto para avaliação de produtividade, massa-seca e valor nutricional

� Não houve diferenças em relação à massa-seca e tipos de flores

� Variações na quantidade de massa-seca alocada na planta, na coloração e composição nutricional da folhagem

Cabrera 2002

5. Melhoramento Genético

Diferenças no padrão de alocação de massa seca

5. Melhoramento Genético

5.3. Métodos Moleculares

Ampla complexidade fisiológica

Criação aleatória e seleção de variedades�

Melhoramento Clássico

Baixa capacidade de cruzamento interespecífico �

Possibilidades reduzidas de criação

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Métodos Moleculares

Conhecimento de genes envolvidos �

Criação de variedades específicas

Transferência de genes interespecífica �

Maior potencial de criação

Harding et al. 1991

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

5.4. Estudo do Desenvolvimento

• Comparação descritiva: selvagem x mutantes

• Uso recente da Genética Molecular

• Outras técnicas laboriosas (chromosome walking)

• Alternativa: Mutagênese Insercional

� Veículos : transposons e transfer-DNA

� Descobrimento de vias metabólicas

� Uso de meio de cultura opcional (variação somaclonal)

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

Flores selvagens e mutantes da espécie Arabidopsis thaliana

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

5.5. Novas Colorações

• Amplo conhecimento:

1. Vias metabólicas correlatas

2. Componentes (carotenóides, flavonóides, chalconas, antocianinas, etc.)

• Conhecimento gênico permite maior controle das variações

• Pré-requisitos: Manipulação

1. Isolamento do gene apropriado

2. Caracterização da linhagem receptora

3. Expressão estável do gene

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

Fenótipo transgênico (F2) após cruzamento com variedade comercial

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

Variação no padrão de expressão em plantas transgênicas

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

5.6. Intensidade da Coloração

• Engenharia Genética: manipulação da composição e concentração dos pigmentos

• Variação: supressão ou aumento da expressão do gene

• Estratégias:

1. Sense

2. Antisense

3. RNAi � ESTABILIDADE

5. Melhoramento Genético

Harding et al. 1991

Efeito do Sense e Antisense em genes CHS em petúnia

5. Melhoramento Genético

Nakamura et al. 2006

� Supressão do gene antocianina sintase

� Técnicas: sense, antisense e RNAi

� Estabilidade

�Ausência de coloração

5. Melhoramento Genético

Nakamura et al. 2006

Variedades de Torenia hybrida

5. Melhoramento Genético

� Avaliação dos rol genes A, B, C e D

� Criação de novas variedades e modificação das existentes

� Atuação sobre cor, forma, fragrância, durabilidade, desenvolvimento, comprimento, dominância apical, enrugamento de folhas, capacidade de enraizamento, etc.

Casanova et al. 2005

5. Melhoramento Genético

• Raízes adventícias

• Aumento das raízes

•Novos ramos laterais

• Plantas anãs

•Folhas alteradas

•Florescimento precoce

•Flores menores

• Baixa produção de sementes

Efeitos Rol C genes

Harding et al. 1991

7. Perspectivas Futuras

Citogenética

• Poliploidia induzida

- (↑) vigor, período de floração, tamanho da flor, cor e fragrância

• Mutações e HIS

Genética Quantitativa

• Adaptação aos locais de produção

• (↑) estudo de vias fisiológicas

• Resistência a pestes e doenças

• Seleção para múltiplos caracteres

Genética Molecular

• (↑) estudos sobre desenvolvimento

• Uso de transposons

• Estabilidade de expressãoHarding et al. 1991

6. Referências Bibliográficas

• Instituto Agronômico de Campinas (IAC) http://www.iac.sp.gov.br/OAgronomico/56_1/InformacoesTecnicas2.pdfacesso em 20 de abril de 2009.

• Instituto Brasileiro de Floricultura (IBRAFLOR) http://www.ibraflor.org/sis.interna.asp?pasta=1&pagina=90 acesso em 20 de abril de 2009.

• PUBMED

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ acesso em 22 de abril de 2009

• Cabrera RI. 2002. Rose yield, dry matter partitioning and nutrient status responses to rootstock selection. Scientia Horticulturae 95:75-83.

• Casanova, E.; Trillas, M.I. Moysset, L.; Vainstein, A. Influence of rolgenes in floriculture, Biotechnol Adv 23 (2005), pp. 3–39.

• Harding, J. ; Singh, F. ; Mol, J. N. M.. Genetics and Breeding of Ornamental Species. 1a edição, Dordrecht, Netherland, Kluwer Academic Publishers, 1991.

• Kermani MJ, Sarasan V, Roberts AV, Yokoya K, Wentworth J, Sieber VK (2003) Oryzalin-induced chromosome doubling in Rosa and its effect on plant morphology and pollen viability. Theor Appl Genet 107:1195–1200.

6. Referências Bibliográficas

• Rodrigues, P. H. V. . Somaclonal Variation in Micropropagated Heliconia bihai cv. Lobster Claw I Plantlets (Heliconiaceae). Scientia Agricola, v. 65, p. 681-684, 2008.

• Pereira, A.R.; Pereira, T.S.; Rodrigues, A.S.; Andrade, A.C.S. Morfologia de sementes e do desenvolvimento pós-seminal de espécies de bromeliaceae. Acta bot. bras. 22(4): 1150-1162. 2008.

• Food and Agriculture Organization (FAO)

www.fao.org acesso em 01 de abril de 2009