Banco de Germoplasma Vegetal

Prof. Sandro BarbosaAlunos: Diogo B. Provete Fabrício J. Pereira Júlio C. N. Silva Mario Sacramento

Introdução

destruição dos hábitats e comunidades naturais.

práticas agrícolas e extrativistas não sustentáveis.

Germoplasma elemento dos recursos genéticos; variabilidade genética; conservação e utilização pesquisa em geral; melhoramento genético; material genético dos orgs vivos; atual ou potencial; agricultura e recuperação de áreas degradadas; anos 70 erosão genética e melhoramento da

produtividade agrícola;

Banco de germoplasma local físico; ~ banco de genes; resistência a doenças ou a condições adversas de clima e

solo; globalização da agricultura e pecuária e o salvaguardo de

espécies silvestres em risco de extinção; variabilidade genética mínima (tamanho efetivo e

freqüência de alelos); conservação nos centros (ex situ); conservação a campo nos locais de origem (in situ).

Conservação In Situ

Manutenção das spp, selecionadas no seu habitat natural, em parques, reservas biológicas ou reservas ecológicas.

Conservação Ex Situ

Conservação de spp fora do seu ambiente natural, através de coleções de plantas no campo, de sementes em bancos de sementes, ou de coleções de plântulas em bancos in vitro.

Banco de germoplasma vegetal

instituições públicas ou privadas; Coleções: sementes, órgãos, embriões

encapsulados ou plantas a campo; formas silvestres ou variedades híbridas; jardins botânicos, herbários, arboretos, bancos de

sementes e bancos in vitro; 5,4 milhões de amostras preservadas no mundo, 2

milhões não possuem cópias;

Classificação

Bancos de base: - Locais onde é conservado o germoplasma ex situ- longos prazos;- longe do local de trabalho do melhorista genético;

Bancos ativos:

- próximos ao pesquisador;

- intercâmbio de material;

- plantios freqüentes para caracterização, o que proporciona a conservação apenas a curto e médio prazos;

Intercâmbio de material preservado diversidade global: de 300 a 500 mil mais de 250 mil

descritas 30 mil comestíveis e 7 mil cultivadas ou coletadas para alimentação;

dependência dos países por espécies exóticas; normas internacionais de segurança (FAO-ONU).

Jardins botânicos bancos de representação; coleções vivas (produção de plantas e coleção de

sementes); conservação de espécies raras, de sítios relictuais ou de

táxons ameaçados de extinção;

Herbários local básico para correta identificação de partes ou do todo

da planta; repositórios de materiais testemunhos de estudos testemunhos de materiais vivos amostras para pesquisa

básica e/ou para conservação ex situ.

Arboretos mata ou bosque plantado para o cultivo de spp arbóreas

nativas ou não; fins de conservação, produção de mudas, produção de

sementes ou bancos de germoplasma.

Bancos de sementes forma mais comum de conservação ex situ; unidade de propagação natural para a maioria das spp; meio eficaz de preservar a variabilidade genética; retiradas do ambiente natural (áreas de conservação) ou de plantas

cultivadas (jardins botânicos e institutos de pesquisa); - benefícios para a agricultura.- benefícios para a recuperação de áreas degradadas.

vantagens: - t°c frias e ambiente seco por um período de tempo e depois serem

germinadas;- capacidade de dormência;- pequeno espaço, pouca supervisão e a baixo custo.

desvantagens: - quebra do equipamento ou problema de energia; - perda gradativa da habilidade de germinação exaustão de suas

reservas energéticas e ao acúmulo de mutações danosas;- solução: submeter frações a periódicas; - 15% das spp são “recalcitrantes”; - solução:estocar somente o embrião após a retirada do endosperma

e outros tecidos da semente.

Bancos in vitro

cultura de tecidos em condições controladas; processos mais caros do que aqueles utilizados com as sementes; spp que necessitam de procedimentos de conservação

alternativos porque: a) não produzem sementes viáveis; b) intensa heterozigosidade ou elevada segregação, o que pode resultar

na expressão de caracteres indesejáveis na população; c) spp arbóreas de grande porte que demoram muitos anos para passar

do estágio juvenil para o estágio adulto reprodutivo. também podem se rmantidas em bancos no campo.

vantagens: - altas taxas de multiplicação (clonagem);- produção de matrizes livres de patógenos (limpeza clonal); - redução da erosão genética;- redução de demanda por espaço; - redução de custos com mão de obra; - enviar plantas para outros países;- salvar espécies ameaçadas de extinção. desvantagens:- necessidade de freqüentes subculturas; - erros de identificação; - contaminação com micro-organismos;- instalações e mão de obra especializada; - sob condições de crescimento lentoconservação somente por

curtos períodos de tempo (seis a doze meses), dependendo do procedimento ou da espécie de planta.

Estratégias de amostragem de espécies nativas

1º passo: coletar 1º as espécies que:- ameaçadas de extinção;- únicas em caráter de evolução ou em sua taxonomia;- reintroduzidas na natureza;- potencial para serem preservadas em situações ex situ;- valor econômico para a agricultura, medicina, silvicultura ou indústria.

2º passo: no máximo 5 populações por sp (garantir variabilidade coletando o máximo de alelos);

3º passo: nº. de 10 a 50 indivíduos por população;

4º passo: saber se a espécie apresenta boa habilidade para germinar (coletar poucas sementes mas que possuam alta viabilidade);

5º passo: coletar por vários anos, sem prejudicar spp com baixa taxa reprodutiva (coletar menos sementes mas por um período maior).

Técnicas para preservação de germoplasma

Bancos de germoplasma vegetal.Podem ser preservados: a planta inteira, tecidos, órgãos, sementes, plântulas etc..bancos de sementes e bancos de material in vitro.Plantas no campo e Jardins botânicos são bons para manutenção a curto e médio prazo.Técnicas: podas, defensivos, propagação, fertilização.Problemas: exigem grande áreas, altos custos, estresse fisiológico, intempéries etc..

Bancos de sementes: Sementes são esterilizadas, desidratradas à 5% de seu teor de água e mantidas em temperaturas baixas (-18ºC).

Sementes ortodoxas, recalcitrantes e intermediárias.

Germoplasma in vitro: origem à partir de cultura de tecidos, possibilidade de restauração de plantas através de células ou tecidos.

Culturas em laboratório de explantes vegetais, material deve ser esterilizado, introduzido em meio de cultura adequado, mantido em condições assépticas.

Temperaturas baixas reduzem o crescimento (plantas tropicais de 15-20ºC e temperadas 4ºC)fotoperíodo controlado

subculturas mensais, meristema de Melia sp.

Fitoreguladores.

A: indução de vários caules em meristemas apicais de Melia sp conservados por 1 ano a 4ºC.

B: enraizamento dos caules.

C: plântula formada.

D: plântula transplantada para solo com 1 mês de aclimatação.

Fases da recuperação do material preservado in vitro.

Criopreservação

É a preservação de material vegetal vivo em nitrogênio líquido (-196ºC) ou gasoso (-150ºC).

Nestas temperaturas existem o estado cristalino e vítreo: baixo metabolismo, difusão, energia cinética, alta viscosidade.

A criopreservação pode ser aplicada de 3 formas: congelamento lento, vitrificação e encapsulamento-congelamento.

Plantas já criopreservadas com sucesso.

Plantas Criopreservadas com sucesso

Tanque criogênico

CONGELAMENTO LENTO

Congelamento de água extracelular, formação de cristais de gelo.

Impedimento da entrada dos cristais em meio intracelular.

Desidratação induzida por congelamento.

Equilíbrio de potencial hídrico na célula e meio extracelular.

CONGELAMENTO LENTO

VITRIFICAÇÃOO estado vítreo é um estado sólido amorfo, meta estável, solução supersaturada, alta viscosidade.Vitrificação: processo de desidratação até que não haja água livre para cristalizar e posterior mergulho em nitrogênio líquido.Desidratação. Evaporação ou uso de crioprotetores altamente concentrados (metanol, glicerol etc.).Citotoxicidade.Os açucares (sacarose, trealose) são excelentes opções para substituir os crioprotetores químicos.Plantas de clima frio, fungos, samambaias etc.

O mecanismo de ação dos açucares não está totalmente esclarecido.Podem remover água por ação de diferença de potencial osmótico.Podem substituir a água intracelular se ligando à grupos hidrofílicos intracelulares.A vitrificação tem vantagens como: possibilidade de congelamento rápido, manutenção do pH, limitação da perda de água, limitação da cristalização de sais e proteínas, gera quiescência metabólica impedindo degradação.Encapsulamento - desidratação: gel de alginato de sodio, desidratação e mergulho em nitrogênio.Rápido congelamento, aumento da sobrevivência, facilidade de manejo da amostra, resistência a tratamentos etc.

Descongelamento: deve ser rápido, com mergulho do material em meio de cultura ou água à 35-40ºC.Regeneração:Dependerá do tecido usado, podendo ser feito o desenvolvimento direto em plântulas no caso de embriões ou a indução de organogênese para outros tipos de tecidos

Bancos de Germoplasma Internacionais

Análise

Não têm sido usados como esperado:- USA: 2% de acessos em um banco de milho(1975-

80)- Centro Internacional de Arroz (IRRI), nas Filipinas:

8% de acessos(1981)Consequências: Recursos humanos, físicos e

financeiros ⇒ Diminuição de financiamentos.Distância da atividade agrícola ⇒ germoplasma não atendem necessidade de agricultores e consumidores.

Coleções Mundiais: Momento Atual Austrália (CSIRO), Colômbia (CIAT) e Etiópia (ILRI - Instituto Internacional de Pesquisa Pecuária, ex-ILCA) ⇒ Leguminosas e gramíneas: ~ 30000 diferentes variedades de espécies de forrageiras.

Coleção Base: Conservação a longo prazo.

Ex: Vigna spp. e Oryza spp. no IITA (Nigéria), a de Sorghum spp. no PGRC (Etiópia), a de Theobroma cacao no CRIG (Gana).

Coleção ativa: Conservação a curto e médio prazo- gestão e distribuição.

Ex: mandioca no IITA (Nigéria) e de feijão na Universidade de Nairobi (Quénia).

Coleção Nuclear: Maior variabilidade em um menor número de amostras.

Ex: cevada no PGRC (Etiópia).

Estados UnidosSistema Nacional de Germoplasma dos Estados Unidos

(US NPGS)

Interessante para estudo, por:

- Tamanho

- Distribuição de volume completo de material

- Documentação mantida

- Maior banco genético do mundo

Coleções públicas distribuídas no país.

Incluem: sementes, estoques genéticos, depósitos de germoplasma clonal e estações de introdução de plantas.Principais: cevada, feijão, algodão, milho, batata, arroz, sorgo, soja, trigo e abóbora.Importância: 1990-2000- 162.673 amostras para cientistas de 191 países e 45 territórios.

-Comparando: Nordic collection(15.477) Netherlands collection(25.310)

Quem requer germoplasma?

Por que é requerido

Rubenstein, 2002

ChinaRica diversidade (~32800 plantas superiores).Recursos têm sido seriamente destruídos (>3000 spp. Ameaçadas).Conservação in situ: reservas e parques naturais.

Conservação ex situ: jardins botânicos e campos de bancos genéticos.

Objetivos: observação, educação, taxonomia e conservação.

Gu, 1998

Bancos no BrasilPrincipais Bancos de Germoplasma (BG) no Brasil => Jardim Botânico RJ, IAC (1930’s),ESALQ, Embrapa, UFRRJ e INPA;

Fazem parte do SNPA;

Projeto Biota/FAPESP:Nº estimado de BG no Brasil: 177 (ou 111);

Em SP: 89;

Principais bancos são compostos por material exótico, c/ pouco esforço no sentido da conservação de material nativo.

Bancos no Brasil

SIBRARGEN => armazenar e tornar disponível, via Internet, informações acerca dos recursos genéticos conservados.

CENARGEN (1974) ligado à EMBRAPA=> coordena os BG no Brasil.

Perspectivas na ConservaçãoConceição, C. C. C. da et al. (UFRA) Construção de banco de germoplasma de Piper na Amazônia, devido ao potencial uso do óleo essencial de spp. deste gênero.Eidai do Brasil Madeiras S/A em parceria com a UFRRJ => construção de um BG. para preservar os recursos genéticos da Virola surinamensis, árvore utilizada na indústria de compensados. Bem como realizar o melhoramento genético da sp. Matrizes geradas através a partir de sementes.

Perspectivas na Conservação

O governo da Paraíba dispõe de um BG da plantas frutíferas, como a mangabeira, da região do alto Parnaíba.

Um dos poucos exemplos de BG com material nativo.

Problemas dos Bancos nacionaisFalta de recursos => compromete o futuro da agricultura. Alterações climáticas => melhoramento.

Quase todas as culturas nacionais para produção de alimentos (c.80%) são de plantas exóticas => feijão (Am. Central), arroz (Ásia).

Original do país mesmo, só amendoim, cacau, caju, castanha, guaraná e mandioca.

Nenhum país é auto-sufuciente em recursos genéticos.

Perguntas para discussão

BG no Brasil x Gde Biodiversidade

Custo de manutenção e cobertura nacional.

Mão de obra especializada

Técnica emergencial de conservação

Distância dos locais de cultivo

Sub-utilização dos BG

REFERÊNCIAS

KELLER, E.R.J. et al.; Slow Growth storage and criopreservation-tools to facilitate germplasm maintenance of vegetatively propagated crops in living plant collections, international journal of refrigeration, nº29, p. 411-417, 2006.

SANTOS, I.R.I.; Criopreservação de Germoplasma Vegetal, Biotecnologia Cieência & Desenvolvimento, nº 20, maio/junho de 2001.

SANTOS, I.R.I.; Criopreservação: potencial e perspectivas para a conservação de germoplasma vegetal, São Paulo, Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal, 12 (ed. Especial), p70-84, 2000.

SCOCHI, A.M.; MROGINSKI, L.A.; In vitro conservation of apical meristem tip of Melia azedarach L. (Meliaceae) under slow growth conditions, Pyton, p.137-143, 2001.

THESSEREAU, H. et al; Cryopreservation of somatic embryos: a tool for germplasm storage and commercial delivery of selected plants, Annals of Botany, nº 74, p. 547-555, 1994.

VIEIRA, M.L.C.; Conservação de germoplasma in vitro, Biotecnologia, Ciência & Desenvolvimento.