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Genéticae

Melhoramento de Plantas

AULA 1

Por: Augusto Peixe

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6Corpo Docente:Genética:

Aulas Teóricas: Profª Solange de OliveiraAulas Práticas: Profº Paulo Oliveira ?

Melhoramento de Plantas:Profº Augusto PeixeProfº Benvindo Maçãs

Locais de Aulas:Salas atribuídas (NM-109 e 111)Laboratório de Microbiologia do SoloLaboratório de Melhoramento e Biotec. Vegetal

Atendimento aos alunos:Módulo de Genética:Solange Oliveira: Quarta-feira 14.30-16.30H Lab. Microbiologia do SoloMódulo de Melhoramento:Augusto Peixe: Lab. Melhoramento e Biotecnologia Vegetal

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6AVALIAÇÃO

2 frequências ou exame final + monografia1ª Frequência = 40% da nota final2ª Frequência = 40% da nota finalExame = 80% da nota final Monografia = 20% da nota final Alunos com nota inferior a 7 valores na 1ª frequência não poderão realizar a segunda. Poderão optar pela realização de exame.(Cálculo da nota final – Exemplo) 1ª Frequência ( 8 x 0,4) + 2ª Frequência (10 x 0,4) + Monografia (13 x 0,2) =9,8 Nota final = 9,8 ⇒ 10Calendário (PROPOSTA)1ª Frequência – 4 Nov. 20052ª Frequência + Exame Final – 6 Jan. 2006Exame de Recurso – 27 Jan. 2006Entrega da monografia – 6 Jan. 2006Para a determinação da nota final é indispensável a entrega da monografia na data estipulada.

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6 Normas para elaboração da monografiaOs alunos devem juntar-se em grupos de 3 e seleccionar uma espécie cultivada em Portugal ou outra considerada importante para introdução nos sistemas de agricultura (por ex. culturas energéticas).

A monografia deve incluir os seguintes itens:

1 – Título

2 – Resumo (1/2 pag.)

3 – Introdução (1/2 pag.)

4 – Revisão bibliográfica (que constituiu o corpo principal do trabalho) a incluir:

a) classificação botânica incluindo género, espécie (nome comum e nome científico) e importância da espécie para os sistemas de agricultura em Portugal.

b) aspectos genéticos e citogenéticos (nº de cromossomas, nível de ploidia), padrão de hereditariedade e evolução da espécie.

c) referência aos programas de melhoramento mais importantes, incluindo localização e métodos usados.

d) Objectivos do melhoramento e tendências para futuro

5 – Conclusões onde o aluno deve expressar a sua própria visão sobre a evolução do melhoramento genético da espécie.

Este trabalho não deve ultrapassar 10-12 páginas A4

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6Programa da disciplina (RESUMIDO)Genética- Genética Clássica

Genética mendeliana. Leis de Mendel e hereditariedade. Genótipo e fenótipo. Gene, alelo e locus. Tipos de cruzamentos. Extensões da análise mendeliana. Interacções entre genes (epistasia, redundância). Variações de dominância. Alelos múltiplos; pleiotropismo.Hereditariedadecitoplasmática. -Citogenética.

Autossomas e cromossomas sexuais; Estrutura dos cromossomas. Alterações cromossómicas de estrutura (delecções, duplicações, inversões, translocações) e de número (euploidia e aneuploidia). Poliploidia em plantas.-Genética Molecular

Replicação do DNA. Mutações genéticas. Expressão genética: transcrição e tradução. Código genético. Organização de genes de eucariotas-Genética de Populações

Frequências genotípicas e génicas. Lei de Hardy-Weinberg. Factores de alteração genética: mutação, migração, selecção, sistema de acasalamento, deriva genética, consanguinidade.

-Genética QuantitativaCaracteres de variação contínua. Variância fenotípica e genotípica. Heritabilidade e sua estimativa.

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6Melhoramento de Plantas

- Sistemas reprodutivos das plantas cultivadas e a forma como estes condicionam o melhoramento. -Métodos e Técnicas de melhoramento clássicas:

-Melhoramento em autogâmicas: Definição de populações, Variedade cultivada, Selecção massal, Selecção bulk, Selecção individual (Pedigree), SSD – Single Seed Descend, Uso de duplo-haploides, Retrocruzamento-Melhoramento alogâmicas: Definição de populações, variedade

cultivada, Desenvolvimento de híbridos,Tipos de híbridos-Estudo de casos: Melhoramento do trigo, milho grão-de-bico e videira-Biotecnologia vegetal e o melhoramento de plantas

-Técnicas de cultura in vitro melhoramento. Cultura de Meristemas e limpeza sanitária, Haploidização e produção de duplos-haploides, Cultura de Protoplastos e produção de híbridos somáticos

-Melhoramento assistido por marcadores moleculares: Tipos de marcadores e sua utilização.-OGM(s). As diferentes etapas na produção de uma planta geneticamente modificada

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6Bibliografia recomendada

Para o módulo de Genética:Griffiths, A., Miller, J., Suzuki, D., Lewontin, R.C., Gelbart, W. (2000) An Introduction to Genetic Analysis, 7ª edição, Ed. W. H. Freeman, New YorkLewin, B. (1997) Genes VI, 6 ª edição, Oxford University Press, OxfordFalconer, D.S. (1981) Introduction to Quantitative Genetics, 2ª edição, Longman, New YorkTamarin, R. (1996) Principles of Genetics, 5ª edição, Ed. WCB, DubuqueWeaver, R., Hedrick, P. (1997) Genetics, 3 ª edição, Ed. WCB, DubuqueBrown, T.A. (2001) Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction. 4ª edição, Blackwell Science Inc, London

Para o módulo de Melhoramento de Plantas:Poehlmn, J. M., 1983 – Breeding Field Crops, 2nd Edition (2nd printing) AVI Publishing Company, Inc. Westpost. Connecticut, 485pp. Só existe na Biblioteca a tradução espanhola da primeira edição com o Título: “Mejoramiento Genetico de lasCosechas).Simmonds, N. W., 1979 – Principles of Crop Improvement, Longman Scientific & Technical, 408pp. Existe na BibliotecaCubero, J. I., 2003 – Introducción la Mejora Genética Vegetal, 2ª Edición, EdiccionesMundi-Prensa, 567pp.

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http://home.dbio.uevora.pt/~oliveira/Bio/Manual/index.html

Genética aplicada ao Melhoramento de Plantas Manual on-line em:

Página Web da Disciplina:http://evunix.uevora.pt/~apeixe/Ensino.htm

Outros Links com interesse:

http://www.plantbreeding.org/

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Introdução

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Genética (do grego genno γεννώ = fazer nascer):

Ciência dos genes, da hereditariedade e da variação dos organismos. Ramo da biologia que estuda a forma como se transmitem as características biológicas de geração para geração.

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6As sub-divisões da genética

• Genética Clássica: Estuda os mecanismos de transmissão dos genes entre os progenitores e a descendência. Estuda também os assuntos relacionado com a recombinação genica.

• Genética molecular: Estuda a estrutura molecular e as funções dos genes.

• Genética das populações: Estuda a hereditariedade em populações, para características controladas por um ou por um numero reduzido de genes.

• Genética quantitativa: Estuda a hereditariedade de características controladas por vários genes em simultâneo.

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6 Melhoramento de Plantas:

Arranjo genético das plantas ao serviço do homem (Frankel, 1958)

“Plant breeding is the current phase of crop evolution…”(Simmonds, 1979)

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6Objectivos do Melhoramento

• Aumento do potencial produtivo• Melhorar a estabilidade de produção através do

aumento da resistência ou tolerância a factores de stress biótico ou abiótico

• Melhorar a qualidade da produção

Para atingir estes objectivos é necessário:

– Suficiente variabilidade genética para características culturais importantes

– Procedimentos de selecção adequados– Sistemas eficazes de análise dos resultados– Sistemas eficientes de propagação e distribuição

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6 Evolução do Melhoramento de PlantasNo inicioSelecção de variedades locais levadas a cabo pelos agricultores

Variabilidade genética devida a:-cruzamentos naturais com espécies botânicamente próximas-mutações espontâneas (“sports”)

Últimos 200 anosVariedades melhoradas, obtidas por geneticistas amadores ou profissionais

Variabilidade genética devida a: -cruzamentos planeados-mutações induzidas

Últimos 30 anosVariedades melhoradas por melhoradores profissionais

Variabilidade genética devida a: -Cruzamentos planeados-Hibridação com ancestrais-Mutações induzidas, incluindo as resultantes da cultura de tecidos-Transformação genética-Melhoramento assistido por marcadores moleculares

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Conceitos Básicos

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6DNA, Genes e Cromossomas

- O material genético, tanto em procariotas como em eucariotas é o DNA (deoxyribonucleic acid).

- O DNA é formado por duas cadeias em forma de dupla hélice, cada uma constituída por nucleótidos. Os nucleótidos são formados por um açúcar, no caso a desoxirribose, um grupo fosfato e uma base.

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6-Há quatro bases no DNA: A (Adenina), G (Guanina), C(Citosina) e T (Tiamina. No RNA, U (Uracilo) substitui T.

- A sequência da bases determina a informação genética.- Genes são sequências especificas de nucleótidos que

asseguram a transmissão da informação genética de geração em geração.

-O material genético celular está organizado em cromossomas - Os procariotas têm normalmente um cromossoma circular- Os eucariotas têm normalmente:

• i. Cromossomas lineares no núcleo, variando em número consoante a espécie.

• ii. DNA predominantemente circular nos organeloscitoplasmáticos como as mitocôndrias e os cloroplastos

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6Transmissão da Informação Genética

• 1. A transmissão das características entre gerações foi postulada pela primeira vez por Gregor Mendel, nos meados do século XIX, em trabalho realizado com ervilhas.– a. Ele seleccionou lotes que diferiram em traços

particulares (e.g., sementes lisas ou enrugadas, flores roxas ou brancas)

– b. Após ter feito cruzamentos entre os lotes seleccionados ele contou a aparência dos traços na descendência e analisou os resultados matematicamente

– c. Concluiu que cada organismo contem duas cópias de cada gene, um de cada pai, e que existem versões alternativas dos genes (alelos) (ex., os alelosresponsáveis pela cor da semente de ervilha são amarelos, Y, e verde, y).

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6•2.Um individuo que apresenta os mesmos alelos para uma determinada característica é homozigótico (e.g., YY or yy). Se apresenta dois alelos diferentes para essa mesma característica éheterozigótico (e.g., Yy)

•3.Ao conjunto completo de genes de um organismo chama-se genótipo. Ao conjunto de características directamente observáveis num individuo chama-se fenótipo. O fenótipo é o resultado da informação contida nos genes e da sua interacção com o ambiente.

•4.Analisando os factores que controlavam o fenótipo das ervilhas com a quais trabalhou, Mendel postulou o seguinte:

– Os factores (agora chamados genes) segregam aleatóriamentequando da formação dos gâmetas (Primeira Lei de Mendel: Principio da Segregação).– Cada característica hereditária é transmitida independentemente das demais. (Segunda Lei de Mendel: Principio da Independência dos Caracteres).– Mendel formulou ainda os conceitos de dominância, segundo os quais os seres híbridos apresentam um carácter dominante que encobre segundo determinadas proporções o chamado carácter recessivo, ou seja, os seres híbridos, resultados do cruzamento entre seres portadores de caracteres dominantes e recessivos, apresentam as características de dominância.

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6Um exemplo das leis de Mendel é a hereditariedade da cor das sementes em ervilha:i. Linhas puras homozigóticas com sementes amarelas (YY) são cruzadas com linhas puras homozigóticas com sementes verde (yy).ii. A descendência (F1) tem sementes amarelas e um genótipo heterozigótico (Yy).iii. Fazendo um cruzamento entre a descendência, por auto-polinização, obtém-se na F2: 3 amarelos:1 verde, com relações genótipicas de 1 YY : 2 Yy : 1 yy.

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6Expressão da Informação Genética

• 1. A expressão genica é o processo através do qual um gene produz seu produto e o produto realiza sua função

• 2. Beadle and Tatum (1941) mostraram que em fungos Neurospora crassa existe uma relação entre um gene e cada uma das proteínas intervenientes num determinado processo bioquímico. Este investigadores formularam então a hipótese: um gene uma enzima (agora modificada para um gene um polipeptídeo, já que nem todas as proteínas são enzimas e algumas requerem mais do que um polipeptídeo).

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6 • 3. A produção das proteínas divide-se em duas etapas:

– a. Transcrição: envolvendo uma enzima (RNA polymerase) produz-se uma cadeia de RNA usando como modelo parte de uma das cadeias de DNA.

Existem vários tipos de RNA:• i. RNA mensageiro (mRNA).• ii. RNA de transferência (tRNA).• iii. RNA ribossomal (rRNA).

– b. Tradução: conversão nos ribossomas, da informação contida no mRNA em sequências de aminoácidos de uma proteína.

• 4. Apenas alguns genes de uma célula estão activos num dado momento. Essa actividade varia também de tecido para tecido e com a fases de desenvolvimento de um organismo, não estando totalmente explicada a forma como a expressão genica é regulada.

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6Origem da variação genética

• As diferenças genéticas entre organismos derivam de mutações, recombinações e selecção, sendo todas elas necessárias para o processo de evolução.– a. Mutações (alterações hereditária no material genético)

podem ser espontâneas ou induzidas. Só as que escapam ao mecanismo celular de reparação do DNA, podem ser transmitidas à descendência.

– b. Recombinações (modificações no material genético) produzidas por enzimas que cortam e voltam a unir a cadeias de DNA

• i. Em eucariotas, a recombinação devida ao crossing-over é comum na meiose.

– c. Selecção (determinadas combinações de genes são mas favorecidas num dado ambiente). Trabalho de referência ‘A selecção natural das espécies’ de Darwin. A sua consequência principal consiste na mudança da frequência dos genes que afectam características sob a selecção. Os diferentes genótipos contribuem com alelos para a geração seguinte em proporção a sua vantagem selectiva.

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6Divisão Celular

Os genes são transmitidos àdescendência durante a reprodução. A segregação dos cromossomas resulta na segregação dos genes durante a meiose

Rever Mitose e Meiose

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6 O Ciclo de vida em angiospérmicas