Projeto GENOLYPTUSRede Brasileira de Pesquisa do Genoma de Eucalyptus

construíndo recursos genômicos para o melhoramento genético do eucalipto em uma parceria público-privada

Projeto GENOLYPTUSProjeto GENOLYPTUSRede Brasileira de Pesquisa do Genoma de EucalyptusRede Brasileira de Pesquisa do Genoma de Eucalyptus

construíndo recursos genômicos para o melhoramento genético do econstruíndo recursos genômicos para o melhoramento genético do eucalipto em ucalipto em uma parceria públicouma parceria público--privadaprivada

Dario Grattapaglia - CoordenadorEMBRAPA Recursos Genéticos e Biotecnologia e Universidade Católica de Brasília

Dario Grattapaglia - CoordenadorEMBRAPA Recursos Genéticos e EMBRAPA Recursos Genéticos e Biotecnologia e Universidade Católica de BrasíliaBiotecnologia e Universidade Católica de Brasília

V & M do BRASIL S.A.

Projeções da área de floresta plantada no mundo Projeções da área de floresta plantada no mundo Projeções da área de floresta plantada no mundo

O eucalipto envolve as espécies florestais mais produtivas e mais plantadas nos trópicos Em 2020 a celulose de Eucalyptus terá 60% do mercado mundial de celulose de fibra curta O eucalipto terá ainda uma participação cada vez maior no mercado mundial de madeira serrada substituindo com vantagem a madeira derivada de florestas tropicais nativas

O eucalipto envolve as espécies florestais mais produtivas e maiO eucalipto envolve as espécies florestais mais produtivas e mais plantadas nos trópicos s plantadas nos trópicos Em 2020 a celulose de Eucalyptus terá 60% do mercado mundial de Em 2020 a celulose de Eucalyptus terá 60% do mercado mundial de celulose de fibra curta celulose de fibra curta O eucalipto terá ainda uma participação cada vez maior no mercadO eucalipto terá ainda uma participação cada vez maior no mercado mundial de madeira o mundial de madeira serrada substituindo com vantagem a madeira derivada de florestaserrada substituindo com vantagem a madeira derivada de florestas tropicais nativas s tropicais nativas

Fonte: FAO , GLOBAL WOOD AND WOOD PRODUCTS FLOW 2007Fonte:Fonte: FAO , FAO , GLOBAL WOOD AND WOOD PRODUCTS FLOW GLOBAL WOOD AND WOOD PRODUCTS FLOW 20072007

Conselho de Informações em biotecnologia www.cib.org.br

Conselho de Informações em biotecnologia www.cib.org.br

O Brasil ainda planta muito pouca floresta !!!!!O Brasil ainda planta muito pouca floresta !!!!!

Brasil é líder na inovação e adoção de tecnologias para omelhoramento de Eucalyptus

Brasil é líder na inovação e adoção de tecnologias para oBrasil é líder na inovação e adoção de tecnologias para omelhoramento de melhoramento de EucalyptusEucalyptus

Cruzamentos controladosCruzamentos controladosCruzamentos controlados

Testes de progênieTestes de progênieTestes de progênie Seleção de árvores eliteSeleção de árvores eliteSeleção de árvores elite

Clonagem de árvores eliteClonagem de árvores eliteClonagem de árvores elitePlantios clonais de alta produtividadePlantios clonais de alta produtividadePlantios clonais de alta produtividade

Marcadores moleculares em apoio ao melhoramento

Marcadores moleculares em Marcadores moleculares em apoio ao melhoramentoapoio ao melhoramento

Conceito de árvore como “fábrica” de celuloseConceitoConceito de de árvoreárvore comocomo ““fábricafábrica” de ” de celulosecelulose

Redução do consumo específico de madeira para produção de celulose: m³ de madeira por tonelada de celulose

Aumento de produtividade florestal: ton de celulose/hectare

Combinação de grande volume de madeira e baixo consumoespecífico de madeira garante o baixo custo desse insumo nacomposição dos custos industriais

Melhoramento genético é a chave para a competitividade

Genômica é mais uma ferramenta para o melhorista

ReduçãoRedução do do consumoconsumo específicoespecífico de de madeiramadeira parapara produçãoprodução de de celulosecelulose: m³ de : m³ de madeiramadeira porpor toneladatonelada de de celulosecelulose

AumentoAumento de de produtividadeprodutividade florestalflorestal: ton de : ton de celulosecelulose/hectare /hectare

CombinaçãoCombinação de de grandegrande volume de volume de madeiramadeira e e baixobaixo consumoconsumoespecíficoespecífico de de madeiramadeira garantegarante o o baixobaixo custocusto dessedesse insumoinsumo nanacomposiçãocomposição dos dos custoscustos industriaisindustriais

MelhoramentoMelhoramento genéticogenético é a é a chavechave parapara a a competitividadecompetitividade

GenômicaGenômica é é maismais umauma ferramentaferramenta parapara o o melhoristamelhorista

Valor econômico comparativo de crescimento volumétrico x rendimento em celulose em Eucalyptus

Valor econômico comparativo de crescimento volumétrico x Valor econômico comparativo de crescimento volumétrico x rendimento em celulose em rendimento em celulose em EucalyptusEucalyptus

Densidade da madeira e rendimento em celulose são características fortemente correlacionados

Densidade da madeira e consequentemente rendimento em celulose são 3 vezes mais importantes do que crescimento volumétrico no custo final da celulose

Ganhos de 10% no consumo específico (ex. reduzindo de 3,6 para 3,24 m3/ton celulose) corresponde a um ganho de 30% em crescimento volumétrico (ex. aumentar de 35 para 50 m3/ha/ano)

Ganhos ocorrem ao longo de toda a cadeia produtiva (uso da terra, colheita, transporte, eficiência industrial) uma vez que estes perfazem 2/3 do custo de produção da celulose

Densidade da madeira e rendimento em celulose são característicaDensidade da madeira e rendimento em celulose são características s fortemente correlacionados fortemente correlacionados

Densidade da madeira e consequentemente rendimento em celulose Densidade da madeira e consequentemente rendimento em celulose são 3 vezes mais importantes do que crescimento volumétrico no são 3 vezes mais importantes do que crescimento volumétrico no custo final da celulose custo final da celulose

Ganhos de 10% no consumo específico (ex. reduzindo de 3,6 para Ganhos de 10% no consumo específico (ex. reduzindo de 3,6 para 3,24 m3,24 m33/ton celulose) corresponde a um ganho de 30% em /ton celulose) corresponde a um ganho de 30% em crescimento volumétrico (ex. aumentar de 35 para 50 mcrescimento volumétrico (ex. aumentar de 35 para 50 m33/ha/ano)/ha/ano)

Ganhos ocorrem ao longo de toda a cadeia produtiva (uso da terraGanhos ocorrem ao longo de toda a cadeia produtiva (uso da terra, , colheita, transporte, eficiência industrial) uma vez que estes pcolheita, transporte, eficiência industrial) uma vez que estes perfazem erfazem 2/3 do custo de produção da celulose2/3 do custo de produção da celulose (Fonte: Borralho et al. 1993)(Fonte: Borralho et al. 1993)(Fonte: Borralho et al. 1993)

Variabilidade interespecífica em EucalyptusVariabilidade interespecífica em Variabilidade interespecífica em EucalyptusEucalyptus

Dados de Teotônio F. De Assis 2003Dados de Teotônio F. De Assis 2003Dados de Teotônio F. De Assis 2003

Eucalyptus globulus: Paradigma de qualidade da madeira para celulose

EucalyptusEucalyptus globulusglobulus: : Paradigma de qualidade da madeira para celuloseParadigma de qualidade da madeira para celulose

Melhor combinação de propriedades da madeira para papel e celuloseRequer cerca de 25% menos madeira para produzir uma ton. de celulose

E. grandis: 3,89 m3/ton de celuloseE. globulus: 2,98 m3/ton de celulose

Maior comprimento e espessura de fibraMaior conteúdo de holocelluloseMaior flexibilidade de fibraDensidade na faixa de 550 kg/m3

Menor necessidade de energia no processo industrialMelhor preservação das fibras no processo

MelhorMelhor combinaçãocombinação de de propriedadespropriedades dada madeiramadeira parapara papelpapel e e celuloseceluloseRequerRequer cercacerca de 25% de 25% menosmenos madeiramadeira parapara produzirproduzir umauma ton. de ton. de celulosecelulose

E. E. grandisgrandis: : 3,89 m3,89 m33/ton de /ton de celuloseceluloseE. E. globulusglobulus: : 2,98 m2,98 m33/ton de /ton de celulosecelulose

MaiorMaior comprimentocomprimento e e espessuraespessura de de fibrafibraMaiorMaior conteúdoconteúdo de de holocelluloseholocelluloseMaiorMaior flexibilidadeflexibilidade de de fibrafibraDensidadeDensidade nana faixafaixa de 550 kg/mde 550 kg/m33

MenorMenor necessidadenecessidade de de energiaenergia no no processoprocesso industrialindustrialMelhorMelhor preservaçãopreservação dasdas fibrasfibras no no processoprocesso

Clone 1

Clone 2

Clone 3

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Clone 5

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Clone 9

Clone 10

Clone 11

Clone 12

Microssatélite EMBRA21 Microssatélite EMBRA5

Certificação de identidade de clones de Eucalyptus pela análise de DNA

Certificação de identidade de clones de Certificação de identidade de clones de Eucalyptus Eucalyptus pela análise de DNApela análise de DNA

Genômica na medicina e agropecuáriaGenômicaGenômica na medicina e agropecuáriana medicina e agropecuária

DiagnósticoDiagnóstico

Característica /doença com componente genéticomonogênica x multifatorial

CaracterísticaCaracterística /doença /doença com componente genéticocom componente genéticomonogênica x monogênica x multifatorialmultifatorial

Gene mapeado – mapas genéticos e físicosGene mapeado Gene mapeado –– mapas genéticos e físicosmapas genéticos e físicos

Gene identificado – sequência do genomaGene identificado Gene identificado –– sequênciasequência do genomado genoma

HumanosPrevençãoFarmacogenômicaTerapia gênica

HumanosHumanosPrevençãoPrevençãoFarmacogenômicaFarmacogenômicaTerapia gênicaTerapia gênica

Plantas e animaisSeleção assistidaTransformação

Plantas e animaisPlantas e animaisSeleção assistidaSeleção assistidaTransformação Transformação

O genoma é como uma lista telefônica

O genoma é como uma O genoma é como uma lista telefônicalista telefônica

LISTA TELEFÔNICANomes de pessoasSobrenomes comuns entre pessoas podem indicar relacionamento, funçãoEndereço, bairro, vizinhança

Profissão, função ??Interações com outras pessoas e redes de relacionamento ??

LISTA TELEFÔNICALISTA TELEFÔNICANomes de pessoasNomes de pessoasSobrenomes comuns entre pessoas podem Sobrenomes comuns entre pessoas podem indicar relacionamento, funçãoindicar relacionamento, funçãoEndereço, bairro, vizinhança Endereço, bairro, vizinhança

Profissão, função ??Profissão, função ??Interações com outras pessoas e Interações com outras pessoas e redes de relacionamento ??redes de relacionamento ??

SEQUÊNCIA DO GENOMANomes de genesSequências comuns entre genes indicam relacionamento de funçãoLocal no genoma, vizinhanças etc.

Função ??Interações com outros genes e cadeias metabólicas ??

SEQUÊNCIA DO GENOMASEQUÊNCIA DO GENOMANomes de genesNomes de genesSequênciasSequências comuns entre genes indicam comuns entre genes indicam relacionamento de funçãorelacionamento de funçãoLocal no genoma, vizinhanças etc.Local no genoma, vizinhanças etc.

Função ??Função ??Interações com outros genes e Interações com outros genes e cadeias metabólicas ??cadeias metabólicas ??

O GRANDE DESAFIO PARA O PRÓXIMO SÉCULO É DESVENDAR A FUNÇÃO DOS GENES E SUAS INTERAÇÕES NA DEFINIÇÃO FINAL DA COMPLEXIDADE DO

FUNCIONAMENTO DO ORGANISMO

O GRANDE DESAFIO PARA O PRÓXIMO SÉCULO É DESVENDAR A FUNÇÃO DOS O GRANDE DESAFIO PARA O PRÓXIMO SÉCULO É DESVENDAR A FUNÇÃO DOS GENES E SUAS INTERAÇÕES NA DEFINIÇÃO FINAL DA COMPLEXIDADE DO GENES E SUAS INTERAÇÕES NA DEFINIÇÃO FINAL DA COMPLEXIDADE DO

FUNCIONAMENTO DO ORGANISMOFUNCIONAMENTO DO ORGANISMO

1. Geração de um plataforma de informações e recursos genômicos

2. Estabelecimento de uma rede de populações experimentais parapesquisa genômica

3. Mapeamento, identificação e determinação de função de genes envolvidos na formação da madeira e resistência a doenças

4. Estabelecimento das bases para iniciativas empresariais visandoa incorporação de tecnologias genômicas nos programas de melhoramento

1.1. GeraçãoGeração de um de um plataformaplataforma de de informaçõesinformações e e recursosrecursos genômicosgenômicos

2.2. EstabelecimentoEstabelecimento de de umauma rederede de de populaçõespopulações experimentaisexperimentais paraparapesquisapesquisa genômicagenômica

3.3. MapeamentoMapeamento, , identificaçãoidentificação e determinação de função de genes e determinação de função de genes envolvidos na formação da madeira e resistência a doençasenvolvidos na formação da madeira e resistência a doenças

4.4. EstabelecimentoEstabelecimento dasdas bases bases parapara iniciativasiniciativas empresariaisempresariais visandovisandoa ia incorporaçãoncorporação de tecnologias de tecnologias genômicasgenômicas nos programas de nos programas de melhoramentomelhoramento

Pesquisa em genética e melhoramento tem forte histórico de geração de ganhos e competitividade na industria de base florestalExistência de competência técnico-científica no setor privadoExistência de competência científica nas Universidades reconhecida no setor privadoEnvolvimento dos cientistas das empresas desde o início da concepção do projetoAtribuição clara de responsabilidades no plano de trabalhoProjeto na interface entre genômica e melhoramento: todos se relacionam com o que está sendo feito Perspectivas de crescimento e atualização profissional individual dos cientistas seja das Universidades como das empresas

PesquisaPesquisa emem genéticagenética e e melhoramentomelhoramento tem forte tem forte históricohistórico de de geraçãogeração de de ganhosganhos e e competitividadecompetitividade nana industriaindustria de base de base florestalflorestalExistênciaExistência de de competênciacompetência técnicotécnico--científicacientífica no no setorsetor privadoprivadoExistênciaExistência de de competênciacompetência científicacientífica nasnas UniversidadesUniversidades reconhecidareconhecida no no setorsetor privadoprivadoEnvolvimento dos cientistas das empresas desde o início da conceEnvolvimento dos cientistas das empresas desde o início da concepção do pção do projetoprojetoAtribuição clara de responsabilidadesAtribuição clara de responsabilidades no plano de trabalhono plano de trabalhoProjeto na interface entre Projeto na interface entre genômicagenômica e melhoramentoe melhoramento: todos se relacionam : todos se relacionam com o que está sendo feito com o que está sendo feito Perspectivas de crescimento e atualização profissional individuaPerspectivas de crescimento e atualização profissional individuall dos dos cientistas seja das Universidades como das empresascientistas seja das Universidades como das empresas

Pontos positivos que viabilizaram o projetoPontosPontos positivospositivos queque viabilizaramviabilizaram o o projetoprojeto

Mapa genético(SSR, AFLP,

RAPD)

Mapa físicotrilha mínima

(Fingerprintingde BAC)

QTL mapeado

LOD >>3,0

LOD

= 3,0

~ 10 cM

~ 500 a 1000 kpb

Mapa genético de alta resolução

(AFLP, SNPs)

< 1,0 cM

Mapeamento de genes candidatos

derivados de análises de bioinfo ou QTLs de expressão

Sequenciamentoshotgun

de baixa cobertura e anotação

Testes funcionais via transformação

genética (complementação, superexpressão, silenciamento)

Mapeamento de associação

(whole genome scan, genes candidatos)

Identificação e validação do

gene-alvo

Fenotipagemem

população segregante

Abordagem de genética direta (forward genetics)

de fenótipos a genes

Abordagem de genética direta Abordagem de genética direta ((forward forward geneticsgenetics))

de fenótipos a genesde fenótipos a genes

Instituições participantes do projeto GENOLYPTUS

InstituiçõesInstituições participantesparticipantes do do projetoprojeto GENOLYPTUSGENOLYPTUS

Universidades e EmbrapaUniversidadesUniversidades e Embrapae Embrapa

EmpresasEmpresasEmpresas

JariJariJari

Ferro Gusa CarajásFerro Ferro GusaGusa CarajásCarajás

Universidade Estadual de Santa CruzUniversidadeUniversidade EstadualEstadual de Santa Cruzde Santa Cruz

VeracelVeracelVeracel

Suzano-BahiasulSuzanoSuzano--BahiasulBahiasul

AracruzAracruzAracruz

Universidade Federal de ViçosaUniversidade Federal de ViçosaUniversidade Federal de LavrasUniversidade Federal de LavrasUniversidade Federal de Lavras

Universidade Estadual de CampinasUniversidade Estadual de CampinasUniversidade Estadual de Campinas

CenibraCenibraCenibra

ZaniniZaniniZaniniVotorantimVotorantimVotorantim

International PaperInternational PaperInternational PaperLwarcelLwarcelLwarcel

EMBRAPAEMBRAPAEMBRAPAUniversidade Católica de BrasíliaUniversidadeUniversidade CatólicaCatólica de Brasíliade Brasília

Universidade Federal de GoiásUniversidadeUniversidade Federal de Federal de GoiásGoiás

RigesaRigesaRigesaKlabinKlabinKlabin

Universidade Federal do Rio Grande do SulUniversidadeUniversidade Federal do Federal do Rio Grande do Rio Grande do SulSul

RAIZ -Portugal

RAIZ RAIZ --PortugalPortugal

(GxD) x (UxGL)(est. K-R x pól. K-R)

(GxD) x C2(est. K-R x pól. V-M)

(GxD) x D2(est. K-R x pól. K-R)

(GxD) x GL2(est. K-R x pól. K-R)

(GxD) x U2(est. K-R x pól. CE)

(GxD) x G2(est. K-R x pól. AR)

E. gran. x E. dunniK-Riocell

C1 x (UxGL)(est. V-M x pól. K-R)

C1 x C2(est. V-M x pól. V-M)

C1 x D2(est. V-M x pól. K-R)

C1 x GL2(est. V-M x pól. K-R)

U2 x C1(est. CE x pól. V-M)

G2 x C1(est. AR x pól. V-M)

E. camaldulensisV-Mannesmann

D1 x (UxGL)(est. RG x pól. K-R)

D1 x D2(est. RG x pól. K-R)

D1 x GL2(est. RG x pól. K-R)

D1 x U2(est. RG x pól. CE)

D1 x G2(est. RG x pól. AR)

E. dunniRigesa

C2 x GL1(est. V-M x pól. K-R)

U2 x GL1(est. CE x pól. K-R)

G2 x GL1(est. AR x pol. K-R)

E. globulusK-Riocell

U1 x (UxGL)(est. IP x pól. K-R)

U1 x C2(est. IP x pól. V-M)

U1 x D2(est. IP x pól. K-R)

U1 x GL2(est. IP x pól. K-R)

U1 x U2(est. IP x pól. CE)

U1 x G2(est. IP x pól. AR)

E. urophylla(Flores) IP

G1 x (UxGL)(est. VCP x pól. K R)

G1 x D2(est. VCP x pól. K-R)

G1 x GL2(est. VCP x pól. K-R)

G1 x U2(est. VCP x pól.

CE)

G1 x G2(est. VCP x pól.

AR)

E. grandisCoffs Harb. VCP

E. uro. x E. glob.K-Riocell

E.camaldulensisV-Mannsmann

E. dunniK-Riocell

E. globulusK-Riocell

E. urophyllaTimor Cenibra

E. grandisAthertonAracruz

Cruzamentos para geração de descendênciasno projeto GENOLYPTUS

CruzamentosCruzamentos parapara gerageraççãoão de de descendênciasdescendênciasno no projetoprojeto GENOLYPTUSGENOLYPTUS

Cruzamentos entre materiais genéticos elite de diferentes empresasCruzamentosCruzamentos entreentre materiaismateriais gengenééticosticos elite de elite de diferentesdiferentes empresasempresas

Rede de experimentos de campo do projetoGENOLYPTUS: instalada em 2003

RedeRede de de experimentosexperimentos de campo do de campo do projetoprojetoGENOLYPTUS: GENOLYPTUS: instalada em 2003instalada em 2003

JariJariJari

VeracelVeracelVeracelCenibraCenibraCenibra

LwarcelLwarcelLwarcel

KlabinKlabinKlabin

Locais principais de instalaçãodos experimentosLocaisLocais principaisprincipais de de instalaçãoinstalaçãodos dos experimentosexperimentos

Locais complementares de instalação dos experimentosLocaisLocais complementarescomplementares de de instalaçãoinstalação dos dos experimentosexperimentos

Ampla variabilidade fenotípica paracrescimento e qualidade da madeiraAmplaAmpla variabilidadevariabilidade fenotípicafenotípica paraparacrescimentocrescimento e e qualidadequalidade dada madeiramadeira

Programa operacional de diversas empresas brasileiras Gerenciamento de diversidade e certificação de identidade

genética e parentesco

Programa operacional de diversas empresas brasileiras Programa operacional de diversas empresas brasileiras Gerenciamento de diversidade e certificação de identidade Gerenciamento de diversidade e certificação de identidade

genética e parentesco genética e parentesco Caracterização de diversidade, estrutura e relacionamento genético entre indivíduos das populações de melhoramentoCertificação de identidade de coleção de matrizes nos pomares de hibridaçãoMonitoramento de tamanho efetivo (Ne) com a seleção nos testes de progênies puras (famílias de MI) para o avanço das geraçõesCertificação de parentesco dos testes de progênies híbridasMonitoramento do tamanho efetivo populacional (Ne) no programa de conservação genética das espécies puras (E. grandis e E. urophylla)Determinação de parentesco de árvores excepcionais selecionadas em testes de progênies de famílias de meios-irmãos, famílias derivadas de polymix multiespécies ou em plantios comerciais cujas sementes são oriundas de pomares de sementes da empresaMonitoramento e certificação da identidade genética de propágulos durante testes clonais e propagação comercialVerificação de identidade em processos de registro e proteção de clones e contratos de propagação, compra e intercâmbio de clones

Caracterização de diversidade, estrutura e relacionamento genétiCaracterização de diversidade, estrutura e relacionamento genético entre indivíduos das co entre indivíduos das populações de melhoramentopopulações de melhoramentoCertificação de identidade de coleção de matrizes nos pomares deCertificação de identidade de coleção de matrizes nos pomares de hibridaçãohibridaçãoMonitoramento de tamanho efetivo (Ne) com a seleção nos testes dMonitoramento de tamanho efetivo (Ne) com a seleção nos testes de progênies puras (famílias de e progênies puras (famílias de MI) para o avanço das geraçõesMI) para o avanço das geraçõesCertificação de parentesco dos testes de progênies híbridasCertificação de parentesco dos testes de progênies híbridasMonitoramento do tamanho efetivo populacional (Ne) no programa dMonitoramento do tamanho efetivo populacional (Ne) no programa de conservação genética das e conservação genética das espécies puras (espécies puras (E. grandis e E. urophyllaE. grandis e E. urophylla))Determinação de parentesco de árvores excepcionais selecionadas Determinação de parentesco de árvores excepcionais selecionadas em testes de progênies de em testes de progênies de famílias de meiosfamílias de meios--irmãos, famílias derivadas de polymix multiespécies ou em plantiirmãos, famílias derivadas de polymix multiespécies ou em plantios comerciais os comerciais cujas sementes são oriundas de pomares de sementes da empresacujas sementes são oriundas de pomares de sementes da empresaMonitoramento e certificação da identidade genética de propáguloMonitoramento e certificação da identidade genética de propágulos durante testes clonais e s durante testes clonais e propagação comercialpropagação comercialVerificação de identidade em processos de registro e proteção deVerificação de identidade em processos de registro e proteção de clones e contratos de clones e contratos de propagação, compra e intercâmbio de clonespropagação, compra e intercâmbio de clones

GENOLYPTUS EST database (Brazil)produzido entre 2002 2004

4 espécies ; 11 bibliotecas124,851 reads ~ 50 Mbp21,442 consensi

A ser publicado em 20091.5 ano – 1.5 milhões de US$

GENOLYPTUS EST database (Brazil)GENOLYPTUS EST database (Brazil)produzido entre 2002 2004 produzido entre 2002 2004

4 espécies ; 11 bibliotecas4 espécies ; 11 bibliotecas124,851 reads ~ 50 Mbp124,851 reads ~ 50 Mbp21,442 consensi21,442 consensi

A ser publicado em 2009A ser publicado em 20091.5 ano 1.5 ano –– 1.5 milhões de US$1.5 milhões de US$

Recursos genômicos para EucalyptusExpressed sequence tags

O impacto das novas tecnologias na geração de recursos genômicos

Recursos genômicos para EucalyptusRecursos genômicos para EucalyptusExpressed sequence tagsExpressed sequence tags

O impacto das novas tecnologias na geração de recursos genômicosO impacto das novas tecnologias na geração de recursos genômicos

UNIVERSITY OF FLORIDA (Kirst lab)Produzido em 2007Pool de 21 árvores de E. grandis1,024,251 reads 148.4 Mbp 29,000 consensi33.742 SNPs descobertos1.5 meses – 30 k US$

UNIVERSITY OF FLORIDA (Kirst lab)UNIVERSITY OF FLORIDA (Kirst lab)Produzido em 2007Produzido em 2007Pool de 21 árvores de E. grandisPool de 21 árvores de E. grandis1,024,251 reads 148.4 Mbp 1,024,251 reads 148.4 Mbp 29,000 consensi29,000 consensi33.742 SNPs descobertos33.742 SNPs descobertos1.5 meses 1.5 meses –– 30 k US$30 k US$

Estudo comparativo Sanger x 454 sequencing

Estudo comparativo Estudo comparativo Sanger x 454 sequencingSanger x 454 sequencing

Diferenças entre tecidos

Diferenças entre espécies

E. grandisE. grandis E. globulusE. globulus

Diferenças entre genótipos

E. grandis E. grandis

GENOLYPTUS Chip Experimento piloto

Variação interespecífica: E. globulus x E. grandisVariação Variação interespecíficainterespecífica: : E. E. globulusglobulus x E. x E. grandisgrandis

Coleta de amostras de madeira paraanálise fenotípica via NIRS

ColetaColeta de de amostrasamostras de de madeiramadeira paraparaananááliselise fenotfenotíípicapica via NIRSvia NIRS

Gene de resistência

Estudo de resistência a doenças ferrugem, cancro, murcha-de-ceratocistis e mancha foliar de origem bacteriana

Estudo de resistência a doenças Estudo de resistência a doenças ferrugem, cancro, ferrugem, cancro, murchamurcha--dede--ceratocistisceratocistis e mancha foliar de origem bacterianae mancha foliar de origem bacteriana

Vigor híbrido em nível de média de família

Vigor híbrido Vigor híbrido emem nível nível de de média de famíliamédia de família

Vigor híbrido em nível de árvore individual

dentro de família

Fotos: Teotônio de Assis

Vigor híbrido Vigor híbrido emem nível nível de árvore de árvore individual individual

dentro de famíliadentro de família

Fotos: Teotônio de AssisFotos: Teotônio de Assis

Cruzamento entre híbridos para maximização da segregação na F2

Geração de um grande número de descendentes F2 (n >1000) da mesma família

XF1 F1

Mapeamento de QTLs para características de qualidade da madeira

com expressão tardia

embra_189*EG_94*embra_227*

embra_350*embra_321*EG-98*embra_125*

embra_629*

EN_14*

embra_189embra_115EG_94embra_227

embra_122*

EG_98*embra_125*

embra_114

embra_361

embra_109embra_197embra_57EN_1embra_53

embra_210.1*

EG_67

embra_103

embra_624

ES_140embra_18embra_131

embra_210embra_204*embra_217*

embra_365*

embra_701*embra_19embra_393embra_66*embra_78*embra_137*

ES_54*

embra_645*

embra_622*embra_28*embra_94*embra_627*EG_62*embra_372*embra_32*embra_31*embra_233*embra_50*embra_8*embra_328*embra_324*embra_173*embra_51*embra_25*embra_106*embra_248*embra_258*embra_105*embra_646*embra_175*

ES_157*embra_277*

embra_362*

embra_189*EG_94*embra_227*

embra_350*embra_321*EG-98*embra_125*

embra_629*

EN_14*

embra_189embra_115EG_94embra_227

embra_122*

EG_98*embra_125*

embra_114

embra_361

embra_109embra_197embra_57EN_1embra_53

embra_210.1*

EG_67

embra_103

embra_624

ES_140embra_18embra_131

embra_210embra_204*embra_217*

embra_109embra_197embra_57EN_1embra_53

embra_210.1*

EG_67

embra_103

embra_624

ES_140embra_18embra_131

embra_210embra_204*embra_217*

embra_365*

embra_701*embra_19embra_393embra_66*embra_78*embra_137*

ES_54*

embra_645*

embra_365*

embra_701*embra_19embra_393embra_66*embra_78*embra_137*

ES_54*

embra_645*

embra_622*embra_28*embra_94*embra_627*EG_62*embra_372*embra_32*embra_31*embra_233*embra_50*embra_8*embra_328*embra_324*embra_173*embra_51*embra_25*embra_106*embra_248*embra_258*embra_105*embra_646*embra_175*

ES_157*embra_277*

embra_362*

embra_622*embra_28*embra_94*embra_627*EG_62*embra_372*embra_32*embra_31*embra_233*embra_50*embra_8*embra_328*embra_324*embra_173*embra_51*embra_25*embra_106*embra_248*embra_258*embra_105*embra_646*embra_175*

ES_157*embra_277*

embra_362*

embra_622*embra_28*embra_94*embra_627*EG_62*embra_372*embra_32*embra_31*embra_233*embra_50*embra_8*embra_328*embra_324*embra_173*embra_51*embra_25*embra_106*embra_248*embra_258*embra_105*embra_646*embra_175*

ES_157*embra_277*

embra_362*

Genotipagem de descendentes em idade ultra precoce (semanas) para marcadores ligados a QTLs para características de expressão tardia (ex. qualidade

de fibra, teor de lignina, densidade básica) detectados na fase de mapeamento

Seleção assistida por marcadores para características de expressão tardia de descendentes. Estes são clonados para implantação de teste clonal. Teste clonal é otimizado pois envolve

somente indivíduos pré-selecionados para características de expressão tardia.

Infor

maçã

o de Q

TLsd

esco

berto

s par

a car

acter

ística

s de

expr

essã

o tar

dia (e

x. qu

alida

de da

mad

eira)ETAPA DE DESCOBRIMENTO

DE QTLSs

ETAPA DE UTILIZAÇÃO DE QTLSsPARA SELEÇÃO ASSISTIDA

F2

F2

Genolyptus: produção científica e tecnologica e formação de talentosGenolyptus: produção científica e tecnologica e formação de taleGenolyptus: produção científica e tecnologica e formação de talentosntos

Geração e implementação de tecnologias otimizadas de certificação de identidade e parentesco de árvores elite com base na análise de DNAGeração e implementação de tecnologias para estudo de expressão gênica em paralelo de milhares de genes em EucalyptusGeração de bases de dados, mapas genéticos e demais ferramentas genômicas hoje em utilização por várias das empresas participantes do projetoPublicação de 37 artigos em revistas indexadas a maioria em revistas internacionais e mais 8 artigos submetidos ou em preparaçãoPublicação de 10 capítulos de livros sendo 4 em livros internacionaisPublicação de 22 artigos completos em congressos internacionaisDefesa e publicação de 32 teses de mestrado ou doutoradoMais de 130 resumos publicados em congressos nacionais e internacionaisParticipação decisiva na produção de um livro sobre Biotecnologia FlorestalTreinamento de ~ 40 bolsistas em diferentes níveis, vários deles hoje contratados como pesquisadores em empresas florestais, Universidades e Embrapa

Geração e implementação de tecnologias otimizadas de certificaçãGeração e implementação de tecnologias otimizadas de certificação de identidade e o de identidade e parentesco de árvores elite com base na análise de DNAparentesco de árvores elite com base na análise de DNAGeração e implementação de tecnologias para estudo de expressão Geração e implementação de tecnologias para estudo de expressão gênica em gênica em paralelo de milhares de genes em Eucalyptusparalelo de milhares de genes em EucalyptusGeração de bases de dados, mapas genéticos e demais ferramentas Geração de bases de dados, mapas genéticos e demais ferramentas genômicas hoje genômicas hoje em utilização por várias das empresas participantes do projetoem utilização por várias das empresas participantes do projetoPublicação de 37 artigos em revistas indexadas a maioria em reviPublicação de 37 artigos em revistas indexadas a maioria em revistas internacionais e stas internacionais e mais 8 artigos submetidos ou em preparaçãomais 8 artigos submetidos ou em preparaçãoPublicação de 10 capítulos de livros sendo 4 em livros internaciPublicação de 10 capítulos de livros sendo 4 em livros internacionaisonaisPublicação de 22 artigos completos em congressos internacionaisPublicação de 22 artigos completos em congressos internacionaisDefesa e publicação de 32 teses de mestrado ou doutoradoDefesa e publicação de 32 teses de mestrado ou doutoradoMais de 130 resumos publicados em congressos nacionais e internaMais de 130 resumos publicados em congressos nacionais e internacionaiscionaisParticipação decisiva na produção de um livro sobre BiotecnologiParticipação decisiva na produção de um livro sobre Biotecnologia Florestala FlorestalTreinamento de ~ 40 bolsistas em diferentes níveis, vários deleTreinamento de ~ 40 bolsistas em diferentes níveis, vários deles hoje contratados s hoje contratados como pesquisadores em empresas florestais, Universidades e Embracomo pesquisadores em empresas florestais, Universidades e Embrapapa

Novos projetos iniciados com base na plataforma de recursos genômicos

criada no Genolyptus

Novos projetos iniciados com base na Novos projetos iniciados com base na plataforma de recursos genômicos plataforma de recursos genômicos

criada no Genolyptuscriada no Genolyptus

Tecnologias de genotipagem de alto desempenhoTecnologias de genotipagem de alto desempenhoTecnologias de genotipagem de alto desempenho

Microarranjos de representações genômicas reduzidas

(Ex. Diversity Arrays Technology DArT)Milhares de marcadores por amostra a

custo de ~ 0,005 US$/datapoint

Microarranjos de representações Microarranjos de representações genômicas reduzidasgenômicas reduzidas

(Ex. Diversity Arrays Technology DArT)(Ex. Diversity Arrays Technology DArT)Milhares de marcadores por amostra a Milhares de marcadores por amostra a

custo de ~ 0,005 US$/datapointcusto de ~ 0,005 US$/datapoint

Extensão de ligação de oligonucleotídeos loco específicos sobre arranjos de contas

(Ex. GoldenGate)Milhares de marcadores por amostra a custo de ~ 0,10 a 0,05 US$/datapoint

Extensão de ligação de oligonucleotídeos Extensão de ligação de oligonucleotídeos loco específicos sobre arranjos de contas loco específicos sobre arranjos de contas

(Ex. GoldenGate)(Ex. GoldenGate)Milhares de marcadores por amostra a Milhares de marcadores por amostra a custo de ~ 0,10 a 0,05 US$/datapointcusto de ~ 0,10 a 0,05 US$/datapoint

Imagens extraídas de Fan et al. 2006 Nature Genetics ReviewsImagens extraídas de Fan et al. 2006 Nature Genetics ReviewsImagens extraídas de Fan et al. 2006 Nature Genetics Reviews

Eucalyptus DArT marker development

First “discovery array” with 14,592 clones derived from 11 genomic representations

Mapping population E. grandis x E. urophylla

2615 Markers scored with high quality

Markers segregating 1:1 at α <0.00002 - 1547at α <0.05 - 1241

Eucalyptus DArT marker Eucalyptus DArT marker developmentdevelopment

First “discovery array” with First “discovery array” with 14,592 clones derived from 11 14,592 clones derived from 11 genomic representations genomic representations

Mapping population E. grandis Mapping population E. grandis x E. urophyllax E. urophylla

2615 Markers scored with high 2615 Markers scored with high qualityquality

Markers segregating 1:1 Markers segregating 1:1 at at αα <0.00002 <0.00002 -- 15471547at at αα <0.05 <0.05 -- 12411241

5033 marcadores DArT

58 amostras

E. urophylla

E. grandis

E. nitens

E. globulus

E. camaldulensis

Polimorfismo em E. nitens, E. globulus, E. urophylla, E. grandis, E. camaldulensis - array teste de 14.600 fragmentos

Polimorfismo em E. nitens, E. globulus, E. urophylla, E. grandisPolimorfismo em E. nitens, E. globulus, E. urophylla, E. grandis, E. , E. camaldulensis camaldulensis -- array teste de 14.600 fragmentosarray teste de 14.600 fragmentos

E. grandis E. urophylla

Teste ProgênieHíbrida

Avaliação

Seleção

Teste Clonal

Teste ClonalAmpliado

Seleção

Plantio Comercial

Genitores Genitoresx

Seleção

Pomar Hibridação

Teste Progênie Pura E. grandis

Seleção

Avaliação

Recombinação

Melhores E. grandis

E. grandis 2a GeraçãoPomar Hibridação

Teste Progênie Pura E. urophylla

Seleção

Avaliação

Recombinação

Melhores E. urophylla

E. urophylla 2a Geração

Programa de melhoramento de eucalitpo para seleção de novos clones

Avaliação de resistência a

doençasDepois de ~10

anos

Avaliação de qualidade da

madeira aos 4 anos

E. grandis E. urophylla

Teste ProgênieHíbrida

Avaliação

Seleção

Teste Clonal

Teste ClonalAmpliado

Seleção

Plantio Comercial

Genitores Genitoresx

Seleção

Pomar Hibridação

Teste Progênie Pura E. grandis

Seleção

Avaliação

Recombinação

Melhores E. grandis

E. grandis 2a GeraçãoPomar Hibridação

Teste Progênie Pura E. urophylla

Seleção

Avaliação

Recombinação

Melhores E. urophylla

E. urophylla 2a Geração

Programa de melhoramento de eucalipto - Seleção recorrente

SELEÇÃO GENÔMICA

AMPLA AOS 2 MESES

Econ

omia

de te

mpo d

e ~10

anos

Projeto mundial de sequenciamento do genoma de Eucalyptus

Projeto mundial de sequenciamento Projeto mundial de sequenciamento do genoma de Eucalyptusdo genoma de Eucalyptus

EUCAGEN - Eucalyptus Genome Network EUCAGEN EUCAGEN -- Eucalyptus Genome Network Eucalyptus Genome Network

~130 cientistas em 18 países

Proposta submetida ao US Department of Energy em 2006-2007

~130 cientistas em 18 países~130 cientistas em 18 países

Proposta submetida ao US Department of Proposta submetida ao US Department of Energy em 2006Energy em 2006--20072007

Pomar de sementes por mudas onde BRASUZ1 está localizado em Itapetininga, SP

Pomar de sementes por mudas onde Pomar de sementes por mudas onde BRASUZ1 está localizado em Itapetininga, SPBRASUZ1 está localizado em Itapetininga, SP

Shinitiro Oda Suzano breeder who developed

and selected BRASUZ1

Shinitiro Oda Shinitiro Oda Suzano breeder who developed Suzano breeder who developed

and selected BRASUZ1and selected BRASUZ1

BRASUZ1BRazil SUZano S1

TARGET REFERENCE GENOME

BRASUZ1BRASUZ1BRBRazilazil SUZSUZano ano S1 S1

TARGET REFERENCE GENOME TARGET REFERENCE GENOME

MAJOR OBJECTIVES AND PLAYERS

8X sequence of E. grandis genome 8 x 640 Mbp = 5120 Mbp of Shotgun

Sanger Sequence (3 libriaries 2.5-3.0 kb6.5-8.0 kb and 36 kb (JGI)

30X BAC coverage Two 15X libraries – 75,000 BACs each

(Genolyptus - AGI)

150,000 x 2 BAC end sequences (Stanford)

High-density (> 2000-marker) genetic linkage maps (for assembly) -SSR, DArT,

SFP – (Brazil-Australia-S.Africa)

Comprehensive Eucalyptus EST database (for annotation only)

Genolyptus-UFlorida-France-Arborgen-JGI

Annotation (several countries and groups)

MAJOR OBJECTIVES AND PLAYERSMAJOR OBJECTIVES AND PLAYERS

8X sequence of E. grandis genome 8X sequence of E. grandis genome 8 x 640 Mbp = 5120 Mbp of Shotgun 8 x 640 Mbp = 5120 Mbp of Shotgun

Sanger Sequence (3 libriaries 2.5Sanger Sequence (3 libriaries 2.5--3.0 kb3.0 kb6.56.5--8.0 kb and 36 kb 8.0 kb and 36 kb (JGI)(JGI)

30X BAC coverage 30X BAC coverage Two 15X libraries Two 15X libraries –– 75,000 BACs each75,000 BACs each

(Genolyptus (Genolyptus -- AGI)AGI)

150,000 x 2 BAC end sequences 150,000 x 2 BAC end sequences (Stanford)(Stanford)

HighHigh--density (> 2000density (> 2000--marker) genetic marker) genetic linkage maps (for assembly) linkage maps (for assembly) --SSR, DArT, SSR, DArT,

SFP SFP –– (Brazil(Brazil--AustraliaAustralia--S.Africa)S.Africa)

Comprehensive Eucalyptus EST database Comprehensive Eucalyptus EST database (for annotation only)(for annotation only)

GenolyptusGenolyptus--UFloridaUFlorida--FranceFrance--ArborgenArborgen--JGIJGI

AnnotationAnnotation (several countries and groups)(several countries and groups)

WGS Library creation (3, 8, 40 kb)

Source DNA

Source RNA

10-plate library QC

4x Production Sequencing

4x Assembly Analysis

8x Production Sequencing

8x Assembly Analysis

Annotation & Release

Pass

Fail

Pass

Fail

EST library creation (multiple)

1-plate library QC

Production Sequencing

Clustering & Analysis

Fail

Fail

Pass Pass

Subcloned library creation

15 random fosmid clones

Subcloned library QC

Pass

FailFinishing

Pass

January 2009January 2009

July 2009July 2009

Early 2010Early 2010

January 2009January 2009

March 2009March 2009

Eucalyptus Whole-Genome Shotgun Sequencing ProjectEucalyptus WholeEucalyptus Whole--Genome Shotgun Sequencing ProjectGenome Shotgun Sequencing Project

Este é o trabalho de MUITA GENTE!!!!Todos os participantes do GENOLYPTUS, professores, pesquisadores, técnicas das empresas, bolsistas e estudantesEMPRESAS PARTICIPANTES DO GENOLYPTUSMINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FINEP - Fundo Verde AmareloPADCT (1995-1999)CNPqCAPES

EsteEste é o é o trabalhotrabalho de MUITA GENTE!!!!de MUITA GENTE!!!!TodosTodos osos participantesparticipantes do GENOLYPTUS, do GENOLYPTUS, professoresprofessores, , pesquisadorespesquisadores, , técnicas das empresas, bolsistastécnicas das empresas, bolsistas e e estudantesestudantesEMPRESAS PARTICIPANTES DO GENOLYPTUSEMPRESAS PARTICIPANTES DO GENOLYPTUSMINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIAMINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

FINEP FINEP -- FundoFundo Verde Verde AmareloAmareloPADCT (1995PADCT (1995--1999)1999)CNPqCNPqCAPESCAPES

AgradecimentosAgradecimentosAgradecimentos

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

dario@cenargen.embrapa.br