Objetivos e estratégias do Melhoramento de Plantas

Walter Quadros Ribeiro JúniorAuri Fernando de Moraes

Maria Lucrécia Gerosa RamosRenato F. AmábilePedro ScheerenEduardo Caierão

Objetivos e estratégias do Melhoramento de Plantas em projetos de pesquisa

Pontos de vista:

Pesquisador: Confecção de um projeto de pesquisa:Objetivos pontuais

Gerente de pesquisa: Macrotendências\Definir prioridades

Etapas do planejamento: Demandas

Identificar Demandas (Mercado e cadeia produtiva) Visitar elos da cadeia produtiva e Instituições de Pesquisa Plano Diretor: Empresa e UnidadeRevisão Bibliográfica

Etapas do planejamento: Objetivos e metas

Exeqüíveis (ambiciosos?)

Relação Custo+Riscos / Benefício

Ferramentas: Germoplasma

Variabilidade genéticaPré melhoramento Espécies afins Silvestres Transformação

Ferramentas: Metodologias de seleção ou transferência de genes

Desenvolver metodologiaouBuscar Parceiros (Competidores): Inter Institucional e Interdisciplinar

Particularidades da espécie:

Tipo de reprodução Multiplicação comercialExigências do Mercado – Agregação de valorCaracterísticas quantitativas x qualitativas

Particularidades da região alvo

Condições de cultivo/ManejoProblemas e limitações: Bióticos e abióticos

Direcionamento do projeto:Modelo sistêmico x reducionista Sustentabilidade: Impactos econômicos, sociais e ambientaisInovação

Planejamento: Projeto Final (parceiros)

Justificativa, Objetivos, HipótesesMetas, CronogramaMetodologias adequadas

Planejamento do projeto:

Produção de sementes e mudasMarketing: Publicações Difusão de tecnologiaAcompanhamento pós venda...

Planejamento: Recursos

EDITAIS?

Comerciais Sociais Ambientais Conhecimento

Etapas da execução: Comitê gestor

Acompanhamento (Interação entre parceiros) - Equipe (1+1 ou 1-1)Gargalos e desviosMudanças de rumos: Ambiente externo (Globalização), mercados volúveis (demandas e objetivos)

Finalização do projeto:

Avaliação: Demanda e Objetivos alcançados (???????)Publicações/DifusãoCrédito a EquipeNovo projeto? Novas demandas

Estudo de caso: Seca/Cereais - Trigo

Demanda:Necessidade: 10 milhões de ton.Producão: 2/5 milhões de ton.Importação: 5/8 milhões de ton. (evasão de divisas)

Estudo de caso: Seca/Cereais

Soluções para a demanda: Viabilização do Trigo sequeiro (PDU das unidades Trigo e Cerrados)Estratégias Genética Manejo

Estudo de caso: Visão sistêmica

Auto-suficiência: Desejável? Acôrdos comerciais Exportação?Cadeia produtiva geradora de postos de trabalhoSegurança alimentarMudanças climáticasSustentabilidade

Cerrado: 207 milhões de ha2 milhões de ha / 2 ton./ha

BRASÍLIA

Unaí

PlanaltinaSobradinho

Formosa

16°00’

15°30’

48º00’ 47º15’

48º00’ 47º15’

16°00’

15°30’

DISTRITOFEDERAL

Trigo irrigado x sequeiro:

Balanço Hídrico Normal

0

50

100

150

200

250

300

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

mês

mm

P ETP ETR

Estudo de caso: Seca/Cereais

Problemas: Seca, Calor e Brusone

Soesilva,M.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1988 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Histórico Trigo de SequeiroRendimento de Grãos (Kg/ha)

IAC5/Aliança Embrapa21

Demanda/Objetivos(Rev.Bibliográfica)

Genótipos do CIMMYT (coleções/semi árido) SintéticosMecanismos de tolerância: Alumínio (ác. Orgânicos), fechamento de estômatos, Prolina, Cerosidade.....Populações de mapeamento:(seca)

Ferramentas:

Variabilidade genética (origem botânica) Metodologias de Seleção

Parceiros: CIMMYT Austrália, Tunísia Embrapas: Trigo, Cerrados, Rec.Gen. e Biotec., Arroz e Feijão, Milho e Sorgo)

Recursos:

Fenotipagem + Mecanismos C.P.Generation (campo)Fenotipagem, Mecanismos e Genotipagem: Projetos: Austrália e Tunísia Edital MP2 - Monsanto

Metodologia: Fenotipagem

1) Seleção preliminar (Seca/Temperatura)2) Seleção intermediária3) Seleção avançada

ESTRATÉGIA DE AÇÃO:

Fenotipagem: campo, casa de vegetação e “in vitro”Identificar mecanismos de tolerânciaTécnicas moleculares: Genômica funcional/SinteniaSeleção assistida por MMSeleção recorrente

Safrinha:

Primeira época Terceira época

Estratégia de seleção:Seleção preliminar (safrinha)Seleção intermediária (inverno)Seleção avançada

R² = 0,910

0

1

2

3

4

5

6

7

14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14

mm

/h

distance from pipe

Line source: irrigação diferencial

R² = 0,910

0

1

2

3

4

5

6

7

14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14

mm

/h

distance from pipe

Tolerante x SensívelR² = 0,910

0

1

2

3

4

5

6

7

14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14

mm

/h

distance from pipe

Line source 2006: PF 020062: 600mm PF020062 y = -356,95x + 3444,8

R2 = 0,9712

0500

10001500

20002500

30003500

0 2 4 6 8 10

Seqüência1

Linear (Seqüência1)

Genótipo 5 PF 020062 y = -290,21x + 2840R2 = 0,6659

0

1000

2000

3000

0 2 4 6 8 10

Nível de água

Prod

utiv

idad

e (K

g/ha

)

Line source 2006: PF 23201A: 600mm

PF023201A

y = -440,18x + 5054,3R2 = 0,5906

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10

Seqüência1

Linear (Seqüência1)

y = -340,4x + 4395,R² = 0,488

01000200030004000500060007000

0 2 4 6 8 10

Prod

utiv

idad

e (K

g/ha

)

Distance from pipe

Genótipo 3 PF 023201 A

2006: Aliança: 600mm y = -44,47x + 3278,

R² = 0,021

0500

10001500200025003000350040004500

0 2 4 6 8 10

Aliança

y = 44,98x + 2806,R² = 0,025

01000200030004000500060007000

0 2 4 6 8 10

Yie

ld (k

g/h

a)

Distance from pipe

Line source 2006:PF020037(estresse precoce) Cerosidade : 600 mm

y = -22,44x + 2496,R² = 0,003

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 2 4 6 8 10

Pro

dutiv

idad

e (K

g/ha

)

Distance from pipe m

Genótipo 1 PF0220337

0,91-285BR18

0,95-199BH1146

0,84-169PF020062

0,77-140BRS264

0,83154PF 020037

0,8141PF89375

0,860Brilhante

0,852BRS234

0,827,6Aliança

R22007Genótipo

Valor de B

0,97-396PF020062

0,8-389PF950407

0,81758Brilhante

0,91289E21

0,91206BH1146

0,7997BRS264

0,7678PF59375

0,85586PF020115

0,7562PF023201A

0,2440PF 020037

0,1313Aliança

0,7186BR18

0,7177BRS234

R2BGenótipo

0,5-248PF023201A0,7-142PF0200620,31526Brilhante0,5998E210,5907BH11460,6888PF9504070,9800BRS2640,7754PF593750,5621BRS2340,3508BR18

0,03310PF 0200370,8249PF020115

0,04174AliançaR2BGenótipo

Monitoramento:

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 11 12 0 2 4 6 8 10 11

Distância (M)

Umid

ade

%

R² = 0,910

0

1

2

3

4

5

6

7

14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14

mm

/h

distance from pipe

Raízes

Software: Delta-T Devices Ltd,Analise digital

Estratégia de Seleção:

PreliminarIntermediáriaAvançada

Resultados:

3 genótipos potencialmente tolerantes4 genótipos sensíveisIdentificação de mecanismos

Perspectivas:

Seleção sistemática confiávelSeleção In vitroMapeamento e MM/ Seleção assistida

GenômicaSintenia(trigo, arroz, milho, sorgo)Manejo de plantas (Regulador de crescimento, Plantio direto, gesso, cera)

Sintenia:

ArrozMilhoCevadaTrigoDois últimos separados por 3 milhões de anosAncestral comum a todos com 10 milhões de anos

Equívocos: Fenotipagem

Número de materiais limitados (250 linhagens)Fenotipagem em condições controladasTrabalho molecular ainda não iniciadoFenotipagem para alta temperatura

Equipe: E. CerradosAna Maria Costa (Ana Maria Costa (molecmolec.).)Antônio Fernando Guerra (irrigaAntônio Fernando Guerra (irrigaçção)ão)

Maria Cristina Cordeiro (Maria Cristina Cordeiro (molecmolec.).)FFáábio bio GelapeGelape FaleiroFaleiro ((molecmolec.).)Fernando Fernando MacenaMacena (Fisiologia)(Fisiologia)GaGaúúcho (Fisiologia)cho (Fisiologia)Gustavo Costa Rodrigues (Fisiologia)Gustavo Costa Rodrigues (Fisiologia)JJúúlio Albrecht (melhoramento)lio Albrecht (melhoramento)LeideLeide Andrade (alumAndrade (alumíínio)nio)MarMaríília Santos Silva (lia Santos Silva (molecmolec))Omar Cruz Rocha (irrigaOmar Cruz Rocha (irrigaçção)ão)Renato Renato AmabileAmabile ((fitotecnia/melhorfitotecnia/melhor.).)Rodrigo Fragoso (Rodrigo Fragoso (molecmolec.).)

Equipe: Embrapa TrigoAna Cristina Albuquerque (Ana Cristina Albuquerque (FenotipagemFenotipagemin in vitrovitro, fertiliza, fertilizaçção com estresse)ão com estresse)Eduardo Eduardo CaierãoCaierão (Melhoramento)(Melhoramento)Gisele Silva (Gisele Silva (GenômicaGenômica funcional)funcional)MMáárcio Srcio Sóó e Silva (melhoramento)e Silva (melhoramento)Mauro Mauro CelaroCelaroPedro Pedro SchereenSchereen (melhoramento)(melhoramento)Sandra Sandra BremerBremer (Duplo hapl(Duplo haplóóides)ides)Sandra Sandra MansurMansur (Duplo hapl(Duplo haplóóides)ides)Walter Quadros Ribeiro JWalter Quadros Ribeiro Júúniornior

Equipe: Universidade

Prof. Maria Lucrecia Ramos (UnB) Prof. Maria Lucrecia Ramos (UnB) AdleyAdley ZivianiZiviani (UPIS)(UPIS)Estudantes: Alexandre (UPIS), Estudantes: Alexandre (UPIS), AuriAuri(UPIS)(UPIS), Caio (UnB), , Caio (UnB), ClaudioClaudio (UPIS), (UPIS), DinaDina (UnB), Thiago (UnB), Umberto (UnB), Thiago (UnB), Umberto (UnB)(UnB)Pessoal de apoio:Pessoal de apoio:AmiltonAmilton, Maninho e Ronaldo , Maninho e Ronaldo BedeuBedeu

Conclusão:

Sistema “imposto” pela Embrapa + Intuição do pesquisador

Pesquisa: Baseada em demanda Sistêmica: Impactos econômicos, sociais e ambientaisSustentabilidade

Objetivos e estratégias do Melhoramento Genético de Plantas

Pontos de vista:Pesquisador

Admnistrador de pesquisa: Macrotendências

Obrigado: walter@cpac.embrapa.br

Objetivos e estratégias do Melhoramento: Macrodecisões

AlimentosEnergiaFibrasMedicinais/nutraceuticosCelulose, Óleos, madeira, borracha, Pesticidas, Cosméticos,.....etc...

SUSTENTABILIDADE

Alimentos: Objetivos e estratégias:Malthus x Goldwin (1798):

1 bilhão de desnutridosSOLUÇÕES:Desigualdades SociaisEducação/NatalidadeDieta vegetarianaFronteira agrícola, ILPManejo / Perda pós colheitaGenética

Genética???

Variabilidade genética existente3000→20 (8 cereais)

Melhoramento tradicional + Biotecnologia

Melhoramento tradicional:

Produtividade por áreaMilho 300% (Vigor híbrido+manejo)Café 230% / Stress hídrico - QualidadeBeterraba açucareiraDoenças (soja Inox)

Melhoramento tradicional:

Fronteira agrícola (soja, maçã e trigo)Custo de produção→ Soja e fixação de N2

Batata doce e/ou mandioca alaranjada (Beta caroteno)Mandioca avermelhada: LicopenoSoja-lipoxigenases /Soja Natô

Melhoramento tradicional:

Abacaxi em gomosAlgodão colorido (incas e astecas)Girassol/maracujá/abóbora ornamentaisArroz prêto (IAC)Cebola de mesaTomate longa vida (Embrapa Hortaliças)

Ideótipos: Arroz

Biotecnologia: Eficiência e rapidez

MutagênicosFrutos sem sementesCultura de tecidos: DHM (Trigo e cevada)Mapeamento: Xylella fastidiosa, Bacteria da canaSeleção assistidaGenômica funcional

Biotecnologia: Barreiras naturais

Engenharia genéticaClonagem e inserção artificial de genesRisco x Benefício

Tomate longa vidaTolerância à herbicidasTecnologia Bt

Riscos de sair do controle:

Sobrevive sem o homem?Forma de reprodução?Formas de polinização?Parentes silvestres na região?Tem alguma vantagem seletiva no ambiente natural?

Riscos à saúde

Caracterização da proteína expressaTeste de digestibiidade “in vitro”Avaliação da toxicidade em animaisHomologia estrutural de proteínas com toxinas proteicas conhecidasPotencial alergênicoEquivalência nutricional

Perspectivas:

Tolerância à seca - SinteniaGenes para fixação de nitrogênio em gramíneas

Doenças:

Introdução do gene da proteína do envelope viral em plantasResistência a doenças: Mosaico dourado (Embrapa Arroz e Feijão / Rec. Genéticos)

Bio inseticidas:

Resistência a pragas:Pilosidade (não transgênicos)Inibidores de Proteases e AmilasesArcelina: Feijão silvestre

Vantagens nutricionais:

Arroz dourado (Índia) e banana (Serra Leoa): Betacaroteno (glaucoma), Ferro e IodoLicopeno (Brocolis e tomate).

Biofábricas

Soja e leite com insulinaSoja que altera fatores anticoagulantes(hemofílicos)Plantas que produzem interferonSoja que produz hormônio de crescimento

Vacinas:

Vacinas :Banana para paralisia infantilAlface-LeishmanioseArroz- hepatite

Segurança:

Micotoxinas: Amendoim:Degradação da parede celular de

Aspergilus flavus (Índia)

Interação:

Genomica, proteomica, Metabolômica

Resumo:

Melhoramento tradicional+Biotecnologia(visão sistêmica)Bio SegurançaGanhos sociais/econômicos/ambientais