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LGN 5799 - SEMINÁRIOS EMGENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

MELHORAMENTO GENÉTICO DA CULTURA DO GIRASSOL

Aluno: Marcelo Fernandes de OliveiraOrientador: Prof. Dr. Isaias Olivio Geraldi

Situação do mercado mundial

Produção mundial de soja, canola e girassol em milhões de toneladas

Produto/ Ano

2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 Preliminar2005/06

Previsão julho/0607

Soja 185,09 197,03 186,77 215,95 219,49 220,18 Canola 36,03 32,91 39,43 46,14 48,56 46,70 Girassol 21,39 23,94 26,77 25,28 29,56 28,53

Fonte: USDA- agosto 2006 – Oilseeds:World Markets and Trade

Produção de girassol nos principais

países produtores – 2005/06

PAÍS ÁREA (milhões ha)

RENDIMENTO (1000kg/ha)

PRODUÇÃO (milhões ton)

Federação Rússia 5,40 1,19 6,45 Índia 2,40 0,59 1,42 Argentina 2,20 1,73 3,80 China 1,10 1,55 1,70 Estados Unidos 1,06 1,73 1,82 Ucrânia 3,69 1,27 4,70 Romênia 0,96 1,39 1,34 Servia e Montenegro 0,21 2,05 0,43 MUNDO 22,72 1,30 29,56

Fonte: Foreign Agricultural Service, Official USDA – Estimativa Agosto 2006

Produção de girassol no Brasil

1960-2004

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

0

300

600

900

1200

1500

1800Área (ha) Rendimento (kg/ha)

Fonte: Dall’Agnol et al. (1984), resultados de pesquisa de campo Embrapa Soja e CONAB (2004)

Importação brasileira de

girassol e derivados

Ano Grão Farelo Óleo bruto Óleo refinado 1996 6.807 1.998 20.298 0 1997 3.691 5.060 17.614 0 1998 6.430 18.460 17.782 0 1999 9.118 10.624 19.479 0 2000 8.624 7.759 32.557 22.555 2001 3.669 200 22.247 13.579 2002 2.280 2.299 12.432 6.889 2003 5.327 2.000 19.065 7.454

Fonte: Adaptado de MDIC/AliceWeb (2004)

Vantagens da utilização

do girassol

1) Tolerância a seca

2) Tolerância a geadas

3) Parque de máquinas

4) Rotação de culturas– pragas

– doenças

– sistema radicular

Classificação botânica

• Ordem: Asterales

• Família: Asteraceae

• Gênero: Helianthus

• Espécie: Helianthus annuus (2n = 34)

Helianthus

49 espécies: 12 anuais e 37 perenes

19 subespécies

AmplitudeCaracteres

Descrição da planta

65-165ciclo vegetativo (dias)

50-400altura da planta (cm)

15-90diâmetro do caule (mm)

06-50diâmetro do capítulo (cm)

00-35nº ramificações primárias

08-70nº folhas

100-8000nº de flores

30-60peso de 1000 aquênios (g)

10-60teor de óleo no aquênio (%)

Distribuição das espécies selvagens

nos Estados Unidos

Helianthus annuus

Helianthus petiolaris

Helianthus anomalus

Helianthus divaricatus L.

Helianthus decapetalus L.

Helianthus eggertii Small

Helianthus hirsutus Raf.

Helianthus petiolaris Nutt.

Helianthus tuberosus L. Helianthus annuus

Helianthus mollis Lam.

scabeimus

(n=34)

tuberosus (n=51)

mollis (n=17)

nutallii (n=17)

angustifolius (n=17)

strumosuss (n=51)

argophyllus (n=17)

debilis (n=17)

ruderalis (n=17)

rigidus (n=51)

decapetalus (n=34)

petiolaris (n=17)

giganteus (n=17)

maximililani (n=17)

salicifolius (n=17)

grosseratus (n=17)

argirephyllus (n=17)

hirsutus (n=17)

divaricatus (n=17)

orgialis (n=17)

Helianthus

annuus (n=17)

Legenda: ausência de cruzamento cruzamento em determinadas condições cruzamento em condições naturais

Fonte: Leite et al., 2006

• 1818 - primeiros registros como óleo

• 1830 - amplo uso como oleaginosa

• Séc XIX - seleção popular (melhores capítulos e precocidade)

• 1880 – 150 mil hectares Rússia

Histórico

• 1900 - 20 a 30% óleo

• 1912 - melhoramento com base científica (biologia da planta, investigações genéticas e bioquímicas)- variedade comercial –

- Saratovskiy 169 - 1 milhão de hectares

• Pustovoit - melhoramento – (Peredovik, Armaverskiy 3497, Mayak, VNIIMK, Smena) –teor de óleo 33% - 5 milhões ha

Histórico

Histórico

• 1940 - Canadá (Putt) - Argentina, países da Europa• 1950 - Estados Unidos (Kinman)• 1960 - programas de melhoramento – Introdução

de variedades russas –• 1965 – materiais genéticos

com 55% de óleo.Expansão da Área

Histórico

• Plachekova (1915) - desenvolvimento de linhas endogâmicas

• Morozov (1933) - combinações híbridas - heterose

• Leclercq (1969) - macho esterelidadecitoplasmática

• Kinman (1970) – restaurador de fertilidade

Histórico

• 1972 – primeiro híbrido – USA

• 1976 – 80% da área

• Híbridos proporcionaram aumento da área e rendimento acima de 20% em relação às variedades

Ganho genético produtividade

• A partir de 1970– >1% USA (Fick, 1985)

– 1,17% Romenia (Vranceanu et al., 1988)

– 1,25% França (Bonari et al., 1992)

Melhoramento genético

Objetivos gerais• resistência às pragas e doenças

• precocidade

• porte reduzido e uniformidade de altura

• teor de óleo

• qualidade de óleo e proteína

• tolerância à seca

• arquitetura da planta

• produção de sementes e componentes de produção

Caracteres quantitativos

Herança - Efeitos gênicos aditivos e não aditivos

Caracteres Referência

Rendimento de grãos Miller et al., 1980; Dua & Yadava, 1985; Ortegon-Morales et al., 1992

Peso de grãos Fick, 1978; Girira & Virupakshappa, 1992

Altura de Planta Moutous & Roath, 1985; Dua & Yadava, 1985

Herança - Predominância de ação gênica não aditiva



Número de grãos Kovácik & Skaloud, 1990; Marinkovic, 1980

Diâmetro do capítulo Dua & Yadava, 1985; El-Hity, 1992

Número de folhas Morinkovic, 1981

Área foliar total Morinkovic, 1981

Índice de área foliar Skoric, 1985

Comprimento de brácteas Jovic & Skoric (1996)

Largura de brácteas Jovic & Skoric (1996)

Número de brácteas Jovic & Skoric (1996)

Diâmetro do caule Miller & Hammond, 1991

Teor de proteína Bedov, 1985

Herança - Predominância de ação gênica aditiva



Acamamento Vranceanu & Stoenescu, 1971

Teor de óleo Putt et al., 1969; Bedov, 1985; El-Hity, 1988

Dias para florescimento Roath et al., 1982; El-Hity, 1992

Dias para maturação fisiológica Putt, 1966

Considerações durante o

processo de seleção

• Ideótipo de um genótipo Skoric (1980) – 1500 grãos/planta– Peso de 1000 sementes >80g– 20 a 24% de casca e > 50% de óleo– Capitulo “upright”– Altura média– Resistência a doenças, insetos pragas e seca– Produção esperada > 2000 kg/ha de óleo



• Rendimento de grãos– Características associadas com crescimento

vegetativo – alta correlação com produtividade– Dias para maturação,

altura de planta, diâmetro de capítulo e caule, sementes/planta, peso de 1000 aquênios(01 g = 40 kg/ha)



• Rendimento de óleo– % óleo, % de casca

– 2/3 seleção na redução de casca ,1/3 aumento na amêndoa

• Altura de planta– ideótipo - 160 a 180 cm

– Stoyanova: linhas 40 cm menor que altura desejada no híbrido



• Qualidade de óleo– % ácido oléico e % ácido linoléico (90% do total)

– Normal 60 a 75% linoléico

– oléico/linoléico - genótipo e ambiente

– Soldatov (1976) genótipo 90% de oléico

– High oleic >70% de oléico

– Reduzir palmítico e esteárico (6 a 8%)



• Características da flor– atrativas para abelhas

– cor das pétalas e discos florais

– qualidade e durabilidade do pólen sob condições de stress

tamanho médio (20-25 cm)espessuraformaposição

Características do capítulo

Formas de capítulo

Curvatura do caule



• Resistência às doenças– base genética estreita e deficiente em genes

de resistência

oidio alternaria

mildio

phoma

Podridão de bacteria

alburgo

phomopsis

ferrugem

esclerotinea

Principais fases de um programa

• Escolha dos pais e cruzamentos (Fontes)

• Avanço de gerações

• Ensaios a campo

• Transferência de tecnologia– Multiplicação de sementes

– Exposição das novas variedades

– Distribuição

Fontes utilizadas

• Cultivares de polinização aberta

• Populações locais

• Populações melhoradas

• Linhas melhoradas

• Híbridos

• Híbridos interespecíficos

Métodos de melhoramento

• Objetivo– Desenvolvimento de variedades e híbridos

caracterizados pela alta produtividade e estabilidade na performance

• Métodos– Melhoramento intrapopulacional

– Obtenção de linhagens

Melhoramento intrapopulacional

• Seleção massal– Seleção fenotípica individual de plantas desejáveis

de uma população, normalmente associada a seleção negativa - antes do florescimento

– 1920-1930 - desenvolvimento de variedades na Rússia e Argentina

– características qualitativos com alta herdabilidade


Impira INTAPioner Sibiri

CordobesKarlik

Tecnort 2Guayacan INTAChernianka 35

Tecnort 1Manfredi INTAFuksinka 3

MéxicoArgentinaRússia

Seleção massal

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

1ª GeraçãoSeleção 100 plantas (pop. base)

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

2ª Geração Lote de recombinação


• Seleção recorrente– seleção individual, avaliação e recombinação das

melhores progênies

– características com baixa herdabilidade

• Método de reservas ou de Pustovoit– Seleção recorrente com avaliação progênies de

meio-irmãos e subsequente recombinação

– efetivo para porcentagem de óleo, precocidade e produtividade - ganho por ciclo limitado devido ao número de anos em avaliação


• Método de reservas ou de Pustovoit– Método mais utilizado – antes da produção de

hibrido

– 1973 – 98% da área de produção Rússia -(Pustovoit & Gubin, 1974)

– 1920 teor de óleo 30% - 1963 >50%

Método de PustovoitCultivar-elitees, populção ou progênies de hibridação intra e interespecifica

O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O

Seleção de 10.000 a 15.000 plantas individuais

Ο ∅ Ο Ο Ο ∅ Ο ∅ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

semeadura de primeiro ano 1000 a 1200 plantas

t

t

t

t

t

t

↓ ↓ ↓

Método de Pustovoit

semeadura de segundo ano 15 a 20%

t

t

t

t

t

↓ ↓ Semeadura de polinização

cruzada

↓ Testes preliminares

↓ Teste de competição

↓ Teste estadual de cultivares

Obtenção de linhagens para

produção de híbrido

linhagem fêmea linhagem macho

X

Semente Híbrida

Tipos de linhagens

linha B(mantenedora)

rfrfF

Tipos de linhagens

X

rfrfS


rfrfF

linha A (CMS)

rfrfS

•RC

Tipos de linhagens

X

rfrfS


rfrfF

linha A (CMS)

rfrfS

linha R(restauradora)

RfRfS

•RC

Depressão endogâmica

• Autofecundação - melhora a uniformidade de características que variavam

• desenvolver linhas com características desejáveis para subseqüente uso na produção de cultivares ou híbridos

• Efeitos ocorrem nas 3 primeiras gerações principalmente para produção de grãos, e menores mais significantes para altura de planta, diâmetro de capítulo, peso de 1000 sementes.

Depressão endogâmica

• Produtividade– 35% após uma geração de autofecundação

– 60% após quatro gerações

– Schuster (1980) – 25 gerações – 40% de redução

– 20% para altura de planta, diâmetro de capitulo e peso 1000 sementes

– Oleo não apresenta efeito

Heterose

• Rendimento de grãos 172%

• Diâmetro de capítulo 44,2%

• Peso de 1000 sementes 38,8%

• Dias para floresciemnto -0,53%

Avanço de gerações

• Genealógico

• População ou Bulk

Método genealógico

P1 x P2

F1

S0 Plantas individuais

S1Melhores plantas dentro das melhores linhas

S2Mesmo processo de S1

Teste de capacidade de combinação e introdução de citoplasma macho estérilS3 a Sn

Testes preliminares

Método da população (Bulk)

População 1 População 2 População n

S0Colhe toda a população e toma-se uma amostra desementes para a próxima geraçãoS1

S2Seleção de plantas

S3Avaliação de famílias

Teste de capacidade de combinação e introdução de citoplasma macho estérilS4 a Sn

Testes preliminares

Correlação linhagens x hibridos

Russel (1953) – dias para florescimento, altura de planta e óleo

Skoric (1982) – altura de planta, óleo, numero de folhas, percentagem de casca, numero de aquênios por capítulo e peso

Putt (1966); Gudaev (1971); Petakov (1992); Miller et al (1992) – linhagens com alta produtividade –híbridos com alta produtividade

•Slide 78

Hibridações interespecifica

• Busca de resistência a pragas e doenças

• Adicional fonte de citoplasma macho estéril

• H. anomalus, H. deserticola, H. niveus ssp. tephrodes – fonte para tolerância a seca


• Dificuldades– Incompatibilidade

– Distancia genética

– Dormência de sementes hibridas

– Numero de cromossomos aumentados e aberrações em espécies hexaploides e tetraploides


Serieys (1987)BOL1H. bolanderi

Whalen & Dedio (1980)MAX1H. maximiliani

Whalen & Dedio (1980)GIG1H. giganteus

Anashchenko (1977)Heiser (1982, 1985)

ANL1, ANL2H. annuus ssp.

Lenticularis

Serieys (1987)PEF1H..petiolaris ssp fallax

Leclercq (1969), Whalen (1980)Leclercq (1983)

PET1, PET2, PET 3H. petiolaris

AutorFonte CMSEspécie


EsclerotiniaH. molis, H. resinosus, H. rigidus, H. giganteus, H. mollis,

H. nuttallii, H. tuberosus

OidioH. californicus, H. decapetalus, H. hirsutus, H. radula,

H. resinosus, H. smithii, H. strumosus, H. bolanderi

Mancha AlternáriaH. hisutus, H. pauciflorus, H. tuberosus

Murcha de VerticilliumH. petiolaris, H. tomentosus, H. atrorubens, H. divaricatus,

H. eggertii, H. grosseserratus, H. occidentalis, H. pauciflorus

Downy mildewH. argophyllus, H. precox ssp hirtus, H grosseserratus,

H. maximiliani, H. nuttallii, H. pauciflorus, H. tuberosus

FerrugemH. petiolaris, H. praecox, H. argophyllus

Fonte potencial resistência a doenças

Espécie

Fonte: Putt & sackston, 1963; Thompson et al., 1978; Miller & Gulya, 1988; Tan et al., 1990, Pustovoit et al., 1976;Saliman et al., 1982; Jan & Chandler, 1985; Yang et al., 1980; Skoric, 1982.


Código da FAO Nome comum Espécie de origem Referência

ANL1 Kouban, Anashenko H. annuus lenticularis Anaschenko, 1974

ANL2 Indiana 1 H. annuus lenticularis Heiser, 1982

ANL3 VIR 126 H. lenticularis Anaschenko, 1974

ANN1 H. annuus 397 H. annuus silvestre Serieys, 1984

ANN2 H. annuus 517 H. annuus silvestre Serieys, 1984; Jan, 1988

ANN3 H. annuus 519 H. annuus silvestre Serieys, 1984; Jan, 1988

ANN4 H. annuus 521 H. annuus silvestre Serieys, 1984

ANN5 NS-ANN 81 H. annuus silvestre Shoric, 1988 citado por Miller e Fick, 1997

ANN6 NS-ANN-2 H. annuus silvestre Skoric, 1988 citado por Miller e Fick, 1997

ANN7 PI 413024 H. annuus silvestre Jan e Gulya, 1988

ANN8 PI 413043 H. annuus silvestre Jan e Gulya, 1988

ANN9 PI 413158 H. annuus silvestre Jan et al., 1994

ANN10 AN-67 H. annuus silvestre Christov, 1992

ANN11 AN-58 H. annuus silvestre Christov, 1992

ANN12 AN-2-91 H. annuus silvestre Christov, 1992

ANN13 AN-2-92 H. annuus silvestre Christov, 1992

Código da FAO Nome comum Espécie de origem Referência

ANT1 Fundulea 1 H. annuus texanus Vranceanu et al., 1986

ANO1 Anomalus H. anomalus Serieys, 1994

ARG1 Argophyllus 1 H. argophyllus Christov, 1990



BOL1 H. bolanderi H. bolanderi Serieys, 1984

DEB1 DV-10 H. debilis Christov, 1992

EXI1 Exilis H. exilis Serieys, 1984

EXI2 EXI2 H. exilis Serieys, 1984

GIG1 CMS 89(GIG1), CMG2 H. giganteus Whelan, 1980

MAX1 CMS 89(MAX1), CMG3 H. maximiliani Whelan, 1980

MAX2 - H. maximiliani Jan et al., 1994

MUT1 HEMUS H. annuus Christov, 1992

MUT2 PEREDOVICK H. annuus Christov, 1992

NEG1 Neglectus H. neglectus Serieys, 1994

NIC1 Canescens H. niveus canescens Serieys, 1991

PEF1 Fallax H. petiolaris fallax Serieys, 1984

PEP1 PET/PET H. petiolaris petiol. Serieys, 1994

PET1 Leclercq, CMS clássico H. petiolaris Leclercq, 1969

PET2 CMS 89(PET2), CMG1 H. petiolaris Whelan, 1980; Miller & Wolf, 1991

PET3 Petiolaris BIS H. petiolaris Leclercq (1983) citado por Serieys (1996)

PET4 PET 34 H. petiolaris Christov, 1992

PRH1 PHIR-27 H. praecox Christov, 1992

PRP1 Praecox H. praecox praecox Serieys, 1994

PRR1 RUN-29 H. praecox Christov, 1992

RIGx RIG.RUSSIAN H. rigidus Jan et al., 1994


Citoplasma Fontes de restauração Controle genético da restauração Referência

ARG1 R147, R3840, RH 274,

RHA 280, NS26R

- -

ARG2 85B3, D34, R147, RHA 274, NS26R, - -

ARG3 R147, R3840, NS26R - -

BOL1 HA 291, HA 89, RHA 266,

RHA 279, RHA 801

Dois genes dominantes e

independentes explicam muita

segregação

Serieys, 1991

EXI1 HA 89, LA, RHA 276, RHA 298,

RHA 299


complementares

Serieys, 1994

EXI2 RHA 274, RHA 801, PAH3, PW1 - -

GIG1 RGIG1 Um gene dominante Kural & Miller, 1992

MAX1 RMAX1, RPET1, RGI1, RHA 274 Dois genes dominantes,

complementares e independentes

Kural & Miller, 1992

RHA 274 Um gene dominante Kural & Miller, 1992

MAX2 Hopi Dye, Seneca, RHA 294, RHA

266

- -

NEG1 WG, FJ, HAB, RHA 265, RHA 266,

RHA 274, NEG1

Um gene dominante Serieys, 1994

NIC1 RHA 265, RHA 274, CAC, D34 - -

PEF1 CP3.1, LA, PAH3, RHA 298 Dois genes dominantes,


Serieys, 1991

PEP1 CP3.1, LA, PAH2, PAH3 Dois genes dominantes,


Serieys, 1994

PET2 RPET 2, RGIG1 Dois genes dominantes Kural & Miller, 1992

PRP1 PAH3, RHA 278, RHA274 Um gene dominante Serieys, 1994

RIGx Luch, RPET2 Dois genes dominantes e

complementares

Jan et al., 1994

RIG1 Luch, RPET2 Dois genes complementares Jan et al., 1994



Citoplasma Fontes de restauração Controle genético da restauração Referência

ANL1 - Um gene dominante Kukosh (1984), citado por

Anashchenko & Duka (1985)

HA 89, HA 99, HA 291, RCMG3 Dois genes dominantes e

complementares

Anashchenko & Duka, 1985

- Três genes independentes e

complementares

Anashchenko & Duka, 1985

ANL2 ‘Hopi’, ‘Outlook’, ‘Peredovik’, P.I.

176574, ‘Record’, ‘Seneca’ e HA 89


complementares

Serieys, 1991

ANN1 HA 291*, PAH2*, HA 822*, Lyra - -

ANN2 P21, RMAX1, PI 413178, P5.231* Um gene dominante + modificadores Jan et al., 1994

ANN3 P21, RHA 280, RPET2, RHA 801,

PI 413180


complementares + modificadores

Jan et al., 1994

ANN4 P21, RHA 280, PI 406647, Rr-ANN4 - -

ANN7 P21, RHA280, PI 413024 - -

ANN8 HA 89, RHA 266, RHA 274,

RHA 294, PI 413043

- -

ANN9 P21, PI 413058 - -

ANN10 RHA 274, R3880, NS26R, R147 - -

ANT1 Rf-ANT, RCMG2, Rf-t, Rf339 Pelo menos dois genes dominantes e

complementares

Iuoras et al. , 1992

ANO1 HAB, PAH3, RHA 265, PAH2 Um gene dominante Serieys, 1994

MuitoMuitoMuito ObrigadoObrigadoObrigado

Método de retrocruzamento

Parental recorrente (linhagem HA 89com citoplasma normal)

Parental não recorrente (linhacom citoplasma macho estéril)

F1 estéril (50% HA 89)

RC1 estéril (75% HA 89)

RC2 estéril (87,5% HA 89)




•RC

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