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G e n t i c aE

M e l h o r a m e n t o d eP l a n t a s

25/11/2005

Por: Augusto Peixe

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- 2 0 0 5 Novas ferramentas para apoio ao

melhoramento

-Cultura in vitro

-Melhoramento Assistido porMarcadores (MAS)

-Transformao gentica

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- 2 0 0 5 Cultura in vitro e suas aplicaes ao

Melhoramento de Plantas

-Micropropagao: Multiplicao comercial, limpezasanitria, seleco

-Haploidizao in vitro: Produo de haploides

-Cultura de embries: Hibridao inter-especfica,partenognese

-Cultura de protoplastos: Produo de hbridossomticos e sementes artificiais

-Conservao de germoplasma: Uma questo deespao

-Variao somaclonal: Outra ferramenta em mutagnese

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Micropropagao in vitro

Interesse da TcnicaMultiplicao conforme

-Limpeza sanitria

-Clonagem

Aumento da variabilidade

-Variao somaclonal-No transmissvel sexualmente-Sexualmente transmissvel

Seleco in vitro

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- 2 0 0 5 Limpeza Sanitria

Porque esto os pices meristemticoslivres de vrus? Os vrus difundem-se na planta

atravs do sistema vascular, queno se encontra desenvolvido nospices meristemticos

Os processos de mitoses eduplicao de cromossomascompetem com a replicao dosvrus

Os contedos elevados de auxinasinibem a difuso dos vrus

Os sistemas naturais de

inactivao de vrus tem a suamxima expresso nas zonasmeristemticas

Tecido livre devrus

Partculasvirais

encontradasaqui

Note Bem : A cultura de meristemas s por si no garante 100% de eliminao de vrus, toda a descendncia tem que ser testada O material vegetal sanitariamente limpo, pode ser rapidamente reinfectado. A nica soluo de longa durao a obteno de resistncia gentica

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Micropropagao conforme por evoluo de gomos axilares.

A- O explante pode conter ummeristema isolado, um gomoterminal ou axilar, uma extremidadede um ramo, um fragmento de ramoque possua pelo menos 1 gomo

axilarB- Num meio pobre em citocininas omeristema apical desenvolve-se soba forma de um eixo caulinar, semramificaes

C- Este eixo pode ser cortado emfragmentos que permanecem sobreo mesmo meio dando novos ramosfolhosos

D- Se o explant inicial depositado num meio rico em citocininas, ou se a dominncia apical no intensa, os axilares gomos desenvolvem-se, dando um eixo com ramificaes secundrias, tercirias eassim sucessivamente.

E- Os tufos de rebentos so ento fragmentados e individualizados.

F- Os rebentos so transferidos se necessrio para meio de alongamento afim de os preparar para afase de enraizamento

G- Os ramos podem ser agora transferidos para um meio neutro (S/hormonas) ou com auxinas paraenraizarem.

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A

Taxas deMultiplicaoin Vitro

B

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- 2 0 0 5 MicropropagaMicropropaga o por Formao por Forma o de Rebentos Advento de Rebentos Advent cioscios .

A- O explant constitudo por um

fragmento de rgo, por umaporo de tecido ou mesmo porclulas isoladas (gros de plen,protoplastos, etc.)

B- Os rebentos so neo-

formados (formados de novo) apartir de clulas do explantinicial.

C- Estes rebentos desenvolvem-se em caules, geralmente sobre

um meio de alongamentoD- Pode acontecer no entantoque as clulas do explant inicialse dividam rapidamente eformem, de maneiradesorganizada, um calo primrioligado ao explant de partida

E- O calo primrio pode ser subcultivado para promover o seu crescimento ediferenciao celularF- O calo forma rebentos sob um meio de induo apropriadoG- Todos os ramos obtidos so transferidos para um meio neutro ou enriquecido emauxinas que provocam o posterior enraizamento.

A conformidade das plantas obtidas por este mtodo, no pode ser garantida.

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- 2 0 0 5 Embriognese somtica

APLICAES

Estudosbsicos de:

Bioqumica

Histologia

Anatomia

Citologia

Conservao degermoplasma

Crio-conservao

Produo clonal

Biorreactores

Transfernciade genes

Sementes

artificiais

Plantas no campo

Desenvolvimento egerminao

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- 2 0 0 5 Micropropagao por Embriognese Somtica.

A- O explant de partida pode serum fragmento de rgo, detecido, ou clulas isoladas.

B- Forma-se um calo primrio(em rgos) ou um micro-calo(em clulas isoladas).

C- Subcultura de calo primrio oude micro-calos

D- O calo pode dissociar-se emultiplicar-se sob a forma desuspenso celular

E- Em certas condies, as culturas celulares em meio lquido ou slido organizam-seem pequenos macios de estruturas bipolares chamados embriides, ou embriessomticos

F- Os embries somticos se desenvolvem directamente em plntulas com raiz como asderivadas de uma semente.

Tambm neste caso, a conformidade das plantas obtidas, no pode sergarantida.

E b i S i S

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- 2 0 0 5 Embriognese Somtica e Sementes

ArtificiaisSementes sintticas ou artificiais, no so mais do que embries somticos

encapsulados. Frequentemente o alginato de sdio utilizado para encapsular osembries. No entanto, mais recentemente, tm sido desenvolvidos novos gis, capazesde auto-fractura. At agora, a qualidade e uniformidade dos embries tm sido osprincipais constrangimentos da tcnica.

Alguns exemplos de sementes artificiais e da

germinao do embrio

O Alginato de Sdio utilizado para a produo das cpsulas onde se incluem os embries

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Haploidizao in vitro

De acordo com o grau de ploidia da planta me, podemosdistinguir:

-Monohaploides: so originados a partir de umaplanta diploide, possuem apenas um nmero (n) decromossomas e so por isso estreis.

- Polihaploides: so originados a partir de plantaspoliploides. Possuem (xn) cromossomas e podem ser

estreis ou frteis.

Define-se como haplide, todo o organismo tecido ou clula, que possui o nmero gamtico de cromossomas caracterstico da espcie considerada.

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Potencialidades de Utilizao

-Simplifica os estudos genticos, quando se pretende conhecer tanto o valorprprio de um gene como as interaces e as recombinaes entre alelos : Deacordo com as leis de Mendel, quando do cruzamento de duas linhas parentaisdiferindo em (n) pares de genes alelicos, o modelo de segregao de uma populaoF2 ser (2 n)2 . O modelo de segregao no caso dos haploides ser unicamente (2 n) .A haplodiploidizao, permite estudar directamente os efeitos de aditividade e epistasiacis.

-Obter rpidamente o estado homozigotico por duplicao espontnea ouinduzida do n de cromossomas: Ainda que atravs das tcnicas demelhoramento clssicas, recorrendo a auto-polinizao seja possvel no caso dasplantas auto-compativeis, obter linhas puras, este processo revela-se bastante lento.Atravs da cultura de anteras, haplides podem ser obtidos num espao de semanase atravs da duplicao de cromossomas, diplides homozigticos podem serobtidos em apenas uma gerao. Isto possivel mesmo em casos de auto-

incompatibildade-Colocar em evidncia mutaes recessivas desde a primeira gerao, aps otratamento mutagnico: Em muitos casos as mutaes afectam genes alelicosrecessivos e no se expressam fenotipicamente. A utilizao de haplides permite a

expresso destas mutaes logo na primeira gerao aps aplicao do tratamentomutagnico.

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- 2 0 0 5 Exemplo do Espargo

Trata-se de uma planta dioica com um gene M que codifica parao sexo. As plantas fem. so todas (mm) e as masc. (Mm),sabendo-se que as plantas macho so mais produtivas e maisprecoces que as plantas fmeas. Pelos mtodos de hibridaoclssica, apenas se conseguiam obter 50% de machos na F1.Atravs da haploidizao podemos obter 100%.

Mm

Haplodiplodizao

MM x mm

100% Mm

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- 2 0 0 5 Vias De Obteno de Haplides In Vitro

-Andrognese

A andrognese in vitro, resulta de uma alterao do processonormal de evoluo do gametfito masculino da via gametofiticapara a via esporofitica, conduzindo formao de um embrio oude um calo organognico.

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Adaptado de Auge,R et Gibod,J. (1989)

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-Ginognese

A ginognese, que constitui do ponto de vista prtico umaalternativa ao processo de andrognese, no conhece umaexpanso to grande como a desta ltima, devido ao fracosresultados que se tm obtido. De facto, s em 1976 San Noeum

conseguiu obter haplides de cevada a partir da cultura in vitro devulos no fecundados e desde ento o n de espcies onde atcnica foi utilizada com sucesso bastante limitada e no atingeas taxas de sucesso, tambm conseguidas com a cultura de

anteras. De entre estas espcies saliente-se o trigo, a beterraba eo girassol.

A tcnica consiste em colocar in vitro vulos isolados promovendoa regenerao de novas plantas a plantas a partir de clulas (n)do saco embrionrio como a ooesfera, as sinergideas ou asantipodas.

C l d l P d d

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- 2 0 0 5 Cultura de protoplastos e Produo de

hbridos somticos

Os protoplastos tm sido descritos comoclulas nuas pelo facto da sua parede

celular ter sido removida, seja por processosmecnicos ou enzimticos. Nos protoplastosisolados a membrana plasmtica encontra-se

totalmente exposta.

Potencialidade de utilizao dos hbridos somticos nomelhoramento

Produo de novos cruzamentos intrerespecificos e intergenricos, entreplantas difceis ou impossveis de hbridar convencionalmente. Transferncia de genes. Estudos da actividade dos genes citoplasmticos e suas funes.

Produo de combinaes de genes nucleares e citoplasmticos nicas.

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Alguns resultados possveis da fuso entre protoplastos de duasespcies geneticamente diferentes

= cloroplastos= mitocondrias

= ncleoFuso

Heterocrionte

cbrido cbridohbridohibrido