Determinação indireta de ploidias em combinações genômicas

Determinação indireta de ploidias em combinações genômicas entre
Pennisetum purpureum Shum. e Pennisetum glaucum (E.) Leck
SANTOS, F. C1; SCARPA, A. L. M2; FREITAS, A. S2; DAVIDE L. C3 e PERERIRA,
A. V.4
Introdução
O potencial produtivo do capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.),
associado a outras características favoráveis de forrageira, tais como boa qualidade,
palatabilidade, vigor e persistência, tem estimulado não só o cultivo dessa espécie como
também trabalhos de melhoramento genético, visando o desenvolvimento de cultivares
para utilização sob pastejo e para capineiras (Souza Sobrinho et al., 2005).
Uma das alternativas do programa de melhoramento do capim-elefante é a
obtenção de híbridos a partir do cruzamento com o milheto, o que é possível devido a
proximidade genética existente entre essas duas espécies. O capim-elefante é
alotetraploide com 2n = 4x = 28 cromossomos e genomas A’A’BB e o milheto é
diploide com 2n = 2x = 14 cromossomos e genomas AA. O cruzamento entre essas
espécies resulta na obtenção de híbridos triplóides estéreis com 2n = 3x = 21
cromossomos (genomas AA’B), propagados vegetativamente, porém, de grande
potencial forrageiro, tendo em vista serem tão produtivos e mais palatáveis que o
próprio capim-elefante (Hanna, 1999).
A fertilidade do híbrido tem sido resgatada por meio da duplicação cromossômica
para a obtenção de hexaploides férteis com 2n = 6x = 42 cromossomos (genomas
AAA’A’BB) (Hanna, 1999, Abreu 2006, Barbosa 2007, Campos 2009).
Novas combinações genômicas também foram obtidas pelo retrocruzamento dos
híbridos hexaploides com seus parentais tetraploide (capim-elefante) e diploide (milheto),
com o intuito de produzir híbridos pentaploides com 2n = 5x = 35 cromossomos (genomas
AA’A’BB) e tetraploides com 2n = 4x = 28 cromossomos (genomas AAA’B),
respectivamente.
A determinação do nível de ploidia em plantas submetidas à duplicação
cromossômica pode ser realizada diretamente por meio da contagem do número de
cromossomos em células mitóticas ou meióticas, ou através da citometria de fluxo. A
análise citogenética, apesar de muito eficiente, é um procedimento laborioso e
demorado, sendo desvantajosa quando se trata de análises de grande número de plantas.
A citometria de fluxo, apesar de ser relativamente mais fácil que a análise citogenética,
exige equipamentos mais sofisticados.
Outro método usado para a identificação do nível de ploidia, também conhecido
como método indireto, é a caracterização citoanatômica e morfológica, ou seja, a
avaliação de determinadas características da planta, como aspectos morfológicos,
diâmetro do grão de pólen, número de cloroplastos por par de células-guarda, e tamanho
e densidade dos estômatos foliares. Esse método pode ser útil para inferir o nível de
ploidia de plantas submetidas à indução de poliploidia, sendo a análise estomática a
mais citada na literatura (Vandenhout et al., 1995; Magallanes et al., 1996; Souza &
Queiroz, 2004).
1
Mestranda em Genética e Melhoramento de Plantas –Lavras UFLA – DBI email:[email protected]
Graduanda em Biologia – Iniciação Científica Voluntária – Lavras UFLA – DBI – email:[email protected]
3
Profa. Dra. de Biologia –Lavras UFLA – DBI – email:[email protected]
4
Dr. e Pesquisador da Embrapa Gado de Leite – JF – email: [email protected]
2
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A análise estomática é uma metodologia fácil e simples, que possibilita a
identificação de supostos poliplóides e testemunhas diplóides de um ensaio, através da
contagem e medição comparativa de estômatos, uma vez que o comprimento dos
mesmos normalmente aumenta com o número de cromossomos.
O objetivo deste trabalho é verificar a eficiência do método anatômico em
distinguir diferentes ploidias resultantes do cruzamento Pennisetum purpureum Shum. e
Pennisetum glaucum (E.) Leck.
Material e Métodos
Foram avaliados 14 genótipos de Pennisetum sp. (Tabela 1 e 2): dois híbridos
interespecíficos triploides de Pennisetum purpureum x Pennisetum glaucum (CNPGL
92-176-3 e CNPGL 94-49-6); quatro híbridos interespecíficos tetraploides de P.
purpureum x P. glaucum (HCM-4x-1; HCM-4x-2; HCM-4x-3 e HCM-4x-4); três
híbridos interespecíficos pentaplóides de P. purpureum x P. glaucum (HCM-5x-1;
HCM-5x-2 e HCM-5x-3); dois híbridos interespecíficos hexaploides de P. purpureum x
P. glaucum (HCM-6x-1 e HCM-6x-2); um genótipo da população de híbridos
hexaplóides de P. purpureum x P. glaucum (cultivar Paraíso) e dois genótipos
tetraplóides de Pennisetum purpureum (cultivares Pioneiro e Cameroon).
As plantas integram a população de trabalho do programa de melhoramento
genético conduzido pela Embrapa Gado de Leite-Juiz de Fora-MG e foram cultivadas
no Campo Experimental de Coronel Pacheco-MG. Para as análises anatômicas, folhas
totalmente expandidas, localizadas no segundo nó do perfilho, foram coletadas e fixadas
em solução de F.A.A., por 72 horas. Amostras foliares na parte mediana da planta
foram utilizadas para realização dos cortes manuais paradérmicos, os quais foram
corados com safranina 0,5%. Lâminas semipermanentes foram montadas em água
glicerinada 50%.
Avaliou-se a densidade estomática, índice estomático, diâmetros polar e
equatorial e número de células epidérmicas, a partir de observações da epiderme das
faces abaxial e adaxial. O índice estomático (%) foi determinado com base no número
de estômatos e células epidérmicas por unidade de área e calculado pela fórmula: índice
estomático= nº de estômatos/ (nº de estômato + nº de células epidérmicas) x 100. Para
as mensurações foram montadas três lâminas de cada combinação genômica, sendo sete
campos analisados por lâmina, totalizando três repetições com a média das 7 medidas de
cada lâmina. As imagens foram analisadas com o programa Image tool®. O
delineamento foi inteiramente casualizado e as análises estatísticas realizadas no
programa SAS, considerando as variáveis nas epidermes das face (abaxial e adaxial),
para cada genótipo.
Resultados e Discussão
Todas as combinações genômicas apresentaram estômatos em forma de halteres
e alinhados, típicos de monocotiledôneas (Thompson & Estes, 1986).
Comparando os 14 genótipos, todas as variáveis foram significativas ao nível de
5% (p<0,05) nas duas faces epidérmicas: abaxial e adaxial.
Na região abaxial três hexaploides(6x) e um pentaploide(5x) estão entre as
maiores médias do diâmetro polar e equatorial dos estômatos, conforme observado na
TABELA 1.
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Para número de células epidérmicas, um genótipo tetraplóide (4x) destacou-se
com a maior media que os demais, 998,720 célula/mm². Já em relação à densidade
estomática todas as ploidias foram encontradas no grupo de maiores médias (TABELA
1). Estes resultados não estão de acordo com os encontrados por Heichel (1971). Esse
autor realizou cruzamentos entre duas linhagens de milho com freqüências estomáticas
diferentes e concluiu que, pelos padrões de segregação, as freqüências estomáticas e das
células epidérmicas estão sob o controle de um mesmo sistema genético.
Com relação ao índice estomático, foram encontrados tanto tetraplóides,
pentaploides como hexaplóides nas maiores médias observadas (TABELA 1).
Na região adaxial (TABELA 2) também houve diferença significativa em todas
variáveis (p<0,05), sendo que os hexaploides e pentaploides apresentaram as maiores
medias para diâmetro polar e para diâmetro equatorial.
Número de células, densidade estomática e índice estomático não permitiram
discriminar as combinações genômicas (TABELA 2).
É sabido que o aumento no nível de ploidia é diretamente proporcional ao
tamanho dos estômatos, mas vários trabalhos têm demonstrado que a avaliação indireta
do nível de ploidia, como a análise estomática, pode não corresponder a essa hipótese,
uma vez que os fatores ambientais também estão envolvidos (Magallanes et al.,1996;
Motonobu et al., 1997; Kim & Kim , 2003 e Souza & Queiróz, 2004). Além disso, o
método indireto de identificação da ploidia através da anatomia, segundo alguns
autores, possibilita apenas a distinção entre indivíduos poliplóides e diplóides, não
sendo útil para separar, por exemplo, triplóides de tetraplóides (Magallane 1996; Sari;
1999). Mesmo assim, a sua aplicação é importante, uma vez que o descarte das plantas
diplóides possibilitará considerável redução do número de plantas a serem submetidas à
análise citogenética, reduzindo custos e acelerando o processo de seleção (Souza;
Queiroz, 2004).
Conclusão
As maiores ploidias (6x e 5x) agruparam-se nas maiores médias para as
características diâmetro polar e equatorial dos estômatos, embora não tenha sido
possível identificar as diferentes combinações genômicas por meio das outras
características anatômicas da epiderme.
Agradecimento
Á FAPEMIG e ao CNPq pelo apoio financeiro. A Embrapa Gado de Leite pela
colaboração com o projeto.
TABELA 1 – Anova apresentando somente as quatros maiores médias das variáveis
diâmetro polar (DP), diâmetro equatorial (DE), número de células (NC), densidade
estomática (DES) e índice estomático (IE) da região abaxial.
DP
CG
50.327 a
45.850 a
b
45.673 a
42.387 a
b
b
c
c
d
P
DE
CG
4 6X
35.087 a
3 5X
30.810 a
b
11 6X
6 6X
28.907 a
28.710 a
b
b
c
c
P
NC
CG
P
DES
CG
4 6X
998.720 a
10 4X
147.530 a
6 6X
726.620
b
7 5X
127.550 a
b
11 6X
3 5X
715.990
704.930
b
b
12 4X
14 4x
126.270 a
119.900 a
b
b
c
P
IE
CG
P
12 4X
98.99 a
7 5X
98.436 a
b
13 5X
10 4X
14 4x
8 3X
98.35 a
98.09 a
b
b
11 6X
9 4X
CG - combinação genômica P- ploidia
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TABELA 2 - Anova apresentando somente as quatros maiores médias das variáveis
diâmetro polar (DP), diâmetro equatorial (DE), número de células (NC), densidade
estomática (DES) e índice estomático (IE) da região adaxial.
DP
P
DE
48.587
4 6X
a
47.010
13 5X
a
b
46.043
3 5X
a
b
c
44.570
11 6X
a
b
c
d
P
NC
34.720
4 6X
a
32.057
11 6X
a
b
30.820
6 6X
a
b
27.437
3 5X
a
b
c
P
DES
752.130
12
4X
a
725.770
2
4X
a
b
704.080
7
5X
a
b
699.400
8
3X
a
b
P
IE
P
139.030
14
4x
a
98.690
8 3X
a
130.738
9
4X
a
98.680
2 4X
a
c
118.195
12
4X
a
b
98.666
3 5X
a
c
111.393
11
6X
a
b
98.576
4 6X
a
c
CG - combinação genômica P-ploidia
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