Aula 25_11 para web

2004-2005
Genética
E
Melhoramento de
Plantas
25/11/2005
Por: Augusto Peixe
2004-2005
Novas ferramentas para apoio ao
melhoramento
-Cultura in vitro
-Melhoramento Assistido por
Marcadores (MAS)
-Transformação genética
2004-2005
Cultura in vitro e suas aplicações ao
Melhoramento de Plantas
-Micropropagação: Multiplicação comercial, limpeza
sanitária, selecção
-Haploidização in vitro: Produção de haploides
-Cultura de embriões: Hibridação inter-específica,
partenogénese
-Cultura de protoplastos: Produção de híbridos
somáticos e sementes artificiais
-Conservação de germoplasma: Uma questão de
espaço
-Variação somaclonal: Outra ferramenta em mutagénese
2004-2005
Micropropagação in vitro
Interesse da Técnica
¾Multiplicação conforme
-Limpeza sanitária
-Clonagem
¾Aumento da variabilidade
-Variação somaclonal
-Não transmissível sexualmente
-Sexualmente transmissível
¾Selecção in vitro
2004-2005
Limpeza Sanitária
Porque estão os ápices meristemáticos
livres de vírus?
•
Tecido livre de
vírus
•
•
Partículas
virais
encontradas
aqui
•
Os vírus difundem-se na planta
através do sistema vascular, que
não se encontra desenvolvido nos
ápices meristemáticos
Os processos de mitoses e
duplicação de cromossomas
competem com a replicação dos
vírus
Os conteúdos elevados de auxinas
inibem a difusão dos vírus
Os sistemas naturais de
inactivação de vírus tem a sua
máxima expressão nas zonas
meristemáticas
Note Bem: A cultura de meristemas só por si não garante 100% de eliminação de vírus, toda a
descendência tem que ser testada O material vegetal sanitariamente limpo, pode ser rapidamente
reinfectado. A única solução de longa duração é a obtenção de resistência genética
2004-2005
Micropropagação conforme por evolução de gomos axilares.
A- O explante pode conter um
meristema isolado, um gomo
terminal ou axilar, uma extremidade
de um ramo, um fragmento de ramo
que possua pelo menos 1 gomo
axilar
B- Num meio pobre em citocininas o
meristema apical desenvolve-se sob
a forma de um eixo caulinar, sem
ramificações
C- Este eixo pode ser cortado em
fragmentos que permanecem sobre
o mesmo meio dando novos ramos
folhosos
D- Se o explant inicial é depositado num meio rico em citocininas, ou se a dominância apical não é
intensa, os axilares gomos desenvolvem-se, dando um eixo com ramificações secundárias, terciárias e
assim sucessivamente.
E- Os tufos de rebentos são então fragmentados e individualizados.
F- Os rebentos são transferidos se necessário para meio de alongamento afim de os preparar para a
fase de enraizamento
G- Os ramos podem ser agora transferidos para um meio neutro (S/hormonas) ou com auxinas para
enraizarem.
2004-2005
A
Taxas de
Multiplicação
in Vitro
B
2004-2005
Micropropagação por Formação de Rebentos Adventícios.
cios
A- O explant é constituído por um
fragmento de órgão, por uma
porção de tecido ou mesmo por
células isoladas (grãos de pólen,
protoplastos, etc.)
B- Os rebentos são neoformados (formados de novo) a
partir de células do explant
inicial.
C- Estes rebentos desenvolvemse em caules, geralmente sobre
um meio de alongamento
D- Pode acontecer no entanto
que as células do explant inicial
se dividam rapidamente e
formem, de maneira
desorganizada, um calo primário
ligado ao explant de partida
E- O calo primário pode ser subcultivado para promover o seu crescimento e
diferenciação celular
F- O calo forma rebentos sob um meio de indução apropriado
G- Todos os ramos obtidos são transferidos para um meio neutro ou enriquecido em
auxinas que provocam o posterior enraizamento.
A conformidade das plantas obtidas por este método, não pode ser garantida.
2004-2005
Embriogénese somática
APLICAÇÕES
Estudos
básicos de:
Bioquímica
Transferência
de genes
Produção clonal
Histologia
Conservação de
germoplasma
Anatomia
Crio-conservação
Biorreactores
Semente
s
artificiais
Citologia
Desenvolvimento e
germinação
Plantas no campo
2004-2005
Micropropagação por Embriogénese Somática.
A- O explant de partida pode ser
um fragmento de órgão, de
tecido, ou células isoladas.
B- Forma-se um calo primário
(em órgãos) ou um micro-calo
(em células isoladas).
C- Subcultura de calo primário ou
de micro-calos
D- O calo pode dissociar-se e
multiplicar-se sob a forma de
suspensão celular
E- Em certas condições, as culturas celulares em meio líquido ou sólido organizam-se
em pequenos maciços de estruturas bipolares chamados embrióides, ou embriões
somáticos
F- Os embriões somáticos se desenvolvem directamente em plântulas com raiz como as
derivadas de uma semente.
Também neste caso, a conformidade das plantas obtidas, não pode ser
garantida.
2004-2005
Embriogénese Somática e Sementes
Artificiais
Sementes sintéticas ou artificiais, não são mais do que embriões somáticos
encapsulados. Frequentemente o alginato de sódio é utilizado para encapsular os
embriões. No entanto, mais recentemente, têm sido desenvolvidos novos géis, capazes
de auto-fractura. Até agora, a qualidade e uniformidade dos embriões têm sido os
principais constrangimentos da técnica.
O Alginato de Sódio é utilizado
para a produção das cápsulas
onde se incluem os embriões
Alguns exemplos de
sementes artificiais e da
germinação do embrião
2004-2005
Haploidização in vitro
Define-se como haplóide, todo o organismo
tecido ou célula, que possui o número gamético
de cromossomas característico da espécie
considerada.
De acordo com o grau de ploidia da planta mãe, podemos
distinguir:
-Monohaploides: são originados a partir de uma
planta diploide, possuem apenas um número (n) de
cromossomas e são por isso estéreis.
- Polihaploides: são originados a partir de plantas
poliploides. Possuem (xn) cromossomas e podem ser
estéreis ou férteis.
2004-2005
¾Potencialidades de Utilização
-Simplifica os estudos genéticos, quando se pretende conhecer tanto o valor
próprio de um gene como as interacções e as recombinações entre alelos : De
acordo com as leis de Mendel, quando do cruzamento de duas linhas parentais
diferindo em (n) pares de genes alelicos, o modelo de segregação de uma população
F2 será (2 n)2 . O modelo de segregação no caso dos haploides será unicamente (2 n) .
A haplodiploidização, permite estudar directamente os efeitos de aditividade e epistasia
cis.
-Obter rápidamente o estado homozigotico por duplicação espontânea ou
induzida do nº de cromossomas: Ainda que através das técnicas de
melhoramento clássicas, recorrendo a auto-polinização seja possível no caso das
plantas auto-compativeis, obter linhas puras, este processo revela-se bastante lento.
Através da cultura de anteras, haplóides podem ser obtidos num espaço de semanas
e através da duplicação de cromossomas, diplóides homozigóticos podem ser
obtidos em apenas uma geração. Isto é possivel mesmo em casos de autoincompatibildade
-Colocar em evidência mutações recessivas desde a primeira geração, após o
tratamento mutagénico: Em muitos casos as mutações afectam genes alelicos
recessivos e não se expressam fenotipicamente. A utilização de haplóides permite a
expressão destas mutações logo na primeira geração após aplicação do tratamento
mutagénico.
2004-2005
Exemplo do Espargo
Trata-se de uma planta dioica com um gene M que codifica para
o sexo. As plantas fem. são todas (mm) e as masc. (Mm),
sabendo-se que as plantas macho são mais produtivas e mais
precoces que as plantas fêmeas. Pelos métodos de hibridação
clássica, apenas se conseguiam obter 50% de machos na F1.
Através da haploidização podemos obter 100%.
Mm
Haplodiplodização
MM
x
100% Mm
mm
2004-2005
¾Vias De Obtenção de Haplóides In Vitro
-Androgénese
A androgénese in vitro, resulta de uma alteração do processo
normal de evolução do gametófito masculino da via gametofitica
para a via esporofitica, conduzindo à formação de um embrião ou
de um calo organogénico.
1
1
2
2
3
3
4
4
Adaptado de Auge,R et Gibod,J. (1989)
2004-2005
-Ginogénese
A ginogénese, que constitui do ponto de vista prático uma
alternativa ao processo de androgénese, não conhece uma
expansão tão grande como a desta última, devido ao fracos
resultados que se têm obtido. De facto, só em 1976 San Noeum
conseguiu obter haplóides de cevada a partir da cultura in vitro de
óvulos não fecundados e desde então o nº de espécies onde a
técnica foi utilizada com sucesso é bastante limitada e não atinge
as taxas de sucesso, também conseguidas com a cultura de
anteras. De entre estas espécies saliente-se o trigo, a beterraba e
o girassol.
A técnica consiste em colocar in vitro óvulos isolados promovendo
a regeneração de novas plantas a plantas a partir de células (n)
do saco embrionário como a ooesfera, as sinergideas ou as
antipodas.
2004-2005
Cultura de protoplastos e Produção de
híbridos somáticos
Os protoplastos têm sido descritos como
células “nuas” pelo facto da sua parede
celular ter sido removida, seja por processos
mecânicos ou enzimáticos. Nos protoplastos
isolados a membrana plasmática encontra-se
totalmente exposta.
¾Potencialidade de utilização dos híbridos somáticos no
melhoramento
•
•
•
•
Produção de novos cruzamentos intrerespecificos e intergenéricos, entre
plantas difíceis ou impossíveis de híbridar convencionalmente.
Transferência de genes.
Estudos da actividade dos genes citoplasmáticos e suas funções.
Produção de combinações de genes nucleares e citoplasmáticos únicas.
2004-2005
Alguns resultados possíveis da fusão entre protoplastos de duas
espécies geneticamente diferentes
= cloroplastos
= mitocondrias
Fusão
= núcleo
Heterocrionte
cíbrido
híbrido
hibrido
cíbrido