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Monalisa S Carneiro

Novas ferramentas para a produção de variedades de cana-de-açúcar três dígitos

BIOEN-Renovabio SP, 09/08/2018

Cana-de-Açúcar: matéria-prima multifuncional

Cana em destaque:

Brasil principal produtor mundial

~ 2x mais que Índia, segundo colocado (FAO, 2016)

Empregos: ~ 800 mil (CEPEA, 2018)

Divisas ao país e ao Estado de SP:R$ 156 bilhões em 2017 (CEPEA, 2018)

Vários fatores contribuíram para este cenário, entre eles, os

Programas de Melhoramento

Década de 90: apenas variedades nacionais foram adotadas.

Dal-Bianco et al. (2012)

Expansão para áreas não tradicionais

1975

Fonte: https://www.ibge.gov.br/apps/dinamica_agropecuaria/


1995



2015


Controle genético: as principais doenças foram controladas por resistência genética.

Ferrugem marrom, 80’sFerrugem alaranjada, 2000’s

Novas tecnologias de plantio e colheita

Plantio mecanizado

>60% Sudeste e Centro-Oeste

Colheita de cana crua

>90% Sudeste e Centro-Oeste

Fon

tes:

MA

PA, 2

00

9; C

ON

AB

, 20

15

20

30

40

50

60

70

80

901975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

201

6 e

st.

Pro

du

tivid

ad

e (

t/h

a)

46,8

81,6

67,1

72,2

Introdução de novas doenças; colheita mecânica; migração para ambientes restritivos

Produtividade de cana no Brasil – 1975 a 2015

A característica AÇÚCAR por área: Açúcar de recuperação total por hectare (TSH), aumentou muito mais se comparado com o TCH.

46,8

76,9

1975 2015

TCH – t cana/ha

4,9

10,1

1975 2015

TSH – t açúcar/ha

+64% +106%

> 2x

Uma percepção profunda

Cana com três dígitos: como chegar lá?

Variedades (matéria-prima)





Mudas sadias e de qualidade




Mudas sadias e de qualidade

Racionalização das práticas agrícolas:- Nutrição mineral adequada- Agricultura de precisão- Uso racional de insumos- Irrigação- Ferramentas para assertividade de

controle de pragas

Germoplasma

Cruzamentos

Fase T1

Fase T2

Lançamento deVariedades

Fase Experimental e Validação

Fase T3

Melhoramento da cana-de-açúcar em 3 passos

Variabilidade Genética Máxima

Grande número de indivíduos

Características de importância – muitos genes envolvidosTCH: número de colmos, altura e diametro de colmos,

teor de fibraTeor de sacarose: POL

Interação GxE (Genótipo x Local x Corte)

Seleção baseada no fenótipo

PM Cana – Demorado e Caro (10-14 anos)

Técnicas de NGS permitem a obtenção de marcadores SNPs

em larga escala que acessam variação alélica diretamente no

genoma

Como incorporar informações genotípicas (SNPs) em PM Cana ?

Recursos Genéticos (Germoplasma)

Painel de Diversidade Cruzamentos Específicos

Fenotipagem Genotipagem

Dados Fenotípicos

Fenotipagem

Estratégias de Sequenciamento

Dat

a Se

tGenotipagem

Genoma (conhecimento)

Estratégia de sequenciamento de genoma completo:S. spontaneum (R. Ming)* – Ancestrais

SP80-3280 (G. Souza)** - SUCEST FUN PROJECT

Estratégia de sequenciamento de genoma monoplóideGasmeur et al., 2018 - Monoploid reference genome

Estratégia de sequenciamento funcionalVettore et al., 2003 – SUCEST (EST PROJECT)

Cardoso-Silva et al., 2014 - Variedades comerciaisGrativol et al., 2014 - Sequencing by methylation filtration

Singh et al., 2018 – Variedades ancestraisMancini et al., 2018 - Targeted Sequencing by Gene Synteny

Marcadores moleculares - SNPs* Fonte: https://pag.confex.com/pag/xxvi/meetingapp.cgi/Paper/31685 ** Fonte: http://sucestfun.iq.usp.br/index.php/projects/sucest-fun/sucest-fun-database#

Recursos Genéticos (Germoplasma)

Painel de Diversidade Cruzamento Específico


GWASBi-parental

QTL mappingAssociation

mapping

Marcas associadas:POL, BRIX (teor de sacarose)Número de colmosToneladas de cana por hectare (TCH)Resistência a doençasEtc.

Seleção Assistida em Cana

Como incorporar informações genotípicas (SNPs) em PM Cana ?

GBS em cana-de-açúcar

Primeiro trabalho publicado para construção de mapa genético em cana-de-açúcar

com utilização de ferramentas de NGS para Genotipagem por Sequenciamento (GBS)

Possibilitou identificação de SNPs em larga escala em cana-de-açúcar

Marcadores SNPs foram associados regiões genômicas relacionadas

características de interesse

Bi-parentalQTL mapping


Fenotipagem2 Locais distintos

Cruzamento EspecíficoSP80-3280 x RB835486

População F1153 indivíduos

Araras-SP + Ipaussu-SP~ 3 hectares

11 características fenotípicas avaliadas

3 anos de avaliações

Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016)



Fenotipagem Genotipagem2 Locais distintos

SNPs (GBS)







Sequenciamento Illumna

Alinhamento com referências

Identificação de SNPs (GBS)

Análise de ploidia e dosagem alélica (Garcia et al., 2013)

Análise de redundância

Construção de Mapa Genético




QTL mapping

Marcas associadas:POL%C (teor de sacarose)

BRIX (teor de sólidos solúveis)Diâmetro do colmo (SD)

Teor de fibra (FIB)

2 Locais distintos

SNPs (GBS)







Sequenciamento Illumna

Alinhamento com referências

Identificação de SNPs (GBS)

Análise de ploidia e dosagem alélica (Garcia et al., 2013)

Análise de redundância

Construção de Mapa Genético



B1

B2

P1

B3P2

QTLs para POL%C (P1 e P2) e BRIX (B1 , B2 e B3)



FIB1

SD1

QTLs para FIB (FIB1) e SD (SD1)



Marcadores com potencial para validação em outras populações

Marcadores identificados em 3 das 4 referências utilizadas foram associados a QTLs


Próximos PassosAssociationmapping

Validação de SNPs associados aos QTLs de brix, pol %, fibra e diâmetro

A combinação dos resultados obtidos em bi-parental e association mapping poderá gerar marcadores SNPs úteis para orientação de cruzamentos nos programas de melhoramento, visando eficiência no

processo de obtenção de novas variedades

Genotipagem de novos marcadores SNPs

Painel de Diversidade: 277 acessos

Fenotipagem das características

Agradecimentos

Centro de Ciências Agrárias - UFSCAR Dr. Monalisa Carneiro Dr. Hermann Hoffmann Dr. Thiago BalsalobreDr. Rodrigo GazaffiMs. Fernanda Z. Barreto

ESALQ – USP Dr. Antonio Augusto GarciaDr. Gabriel Margarido

UNICAMPDra. Anete P. Souza

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