Ácido linolênico - Sociedade Brasileira de Óleos e Gorduras

SBOG 20
ANOS
Melhoramento genético da
qualidade do óleo de soja para
a indústria de alimentos e
biodiesel
Maurilio A. Moreira
Principais Países Produtores de Soja
Produção Mundial 228 milhões de Toneladas
Safra 2012/2013
A soja no Brasil*
Produção (2012/13): 81,4 milhões de toneladas
Área plantada: 27,7 milhões de hectares
Produtividade média: 2,94 toneladas/hectare
 Exportação: 38,8 milhões de toneladas
Processamento: 42,6 milhões de toneladas
Farelo: 29,8 milhões de toneladas/14,9 (exp)
Óleo: 7,5 milhões de toneladas/1,1 (exp)
*CONAB – Levantamento de setembro 2013
Composição química do grão de soja
Proteína
Germoplasma 30 a 53%
Óleo
Germoplasma 13 a 28%
Água 8,5%
Cinzas 5%
Carboidratos – 22 a 36%
Açucares solúveis
• amido – até 3%
• Sacarose – 3 a 10,5%
• Rafinose – 0,6 a 1,9%
• Estaquiose – 1,5 a 4,5%
Açucares insolúveis – 20 a 25%
Caractestísticas de sojas especiais
Ausência de
lipoxigenases
Redução de
oligassarideos
Redução de inibidores
de proteases
Alto conteúdo
de isoflavonas
Ausência de lectina
Tegumento
e Hilo claros
Alto conteúdo
de proteína
Alto conteúdo de oleico
Baixo conteúdo de linolênico
Tamanho da semente
Grande/Pequena
Alta
Produtidade
Características importantes da soja para a indústria
Característica
Soja Feed
Teor de Proteína
> 40%
Soja Food
Maiores teores
Composição da proteína
> % metionina
e solubilidade
Teor de óleo
Máximo possível
Não relevante
Composição do óleo
> ácido oléico e
< linolênico
> oléico e < linolênico
Ausência de LOX
Açúcares
Fatores antinutricionais
Mais 7S e 11S; Menos 15S e 2S
Redução de todos
Redução dos derivados de
rafinose e aumento de sacarose
Redução
Não relevante
Consumo mundial de óleos vegetais em 2012
(milhões de toneladas)
3,4
5,0
5,0
2,9
4,8
40,2
9
18,4
37,5
Palma
Soja
Colza
Girassol
Amendoim
Algodão
Amêndoa de palma
Coco
Oliva
MELHORAMENTO DA QUALIDADE DA SOJA NA UFV
HISTÓRICO
1986 – Hibridações com PIs para introdução de ausência de Lipoxigenases
1995 – Hibridações com acessos americanos de alto teor protéico e baixo teor de ácido linolênico
(em torno de 3,5%)
2004 – Hibridações visando seleção de linhagens com alto teor de óleo
2007 – Hibridações com acessos americanos com baixíssimo teor de ácido linolênico (em torno de
1%) e teor médio de ácido oleico (em torno de 40%)
2013 – Hibridações com PIs com alto teor de ácido oleico (em torno de 80%)
Atualmente – Variedades/Linhagens – Próprias e em Parcerias
Coordenadores - Prof. Maurílio Alves Moreira e o TNS Newton Deniz Piovesan.
Orientadores e/ou Colaboradores – Pedro Ivo Vieira Good God, Carlos S Sediyama, Cosme D Cruz,
Luiz O Oliveira, Cleberson Vieira e Maria G A Oliveira.
FINANCIAMENTO/PARCERIAS - FINEP, FAPEMIG, CAPES, CNPq, COODETEC, NATURALLE, COOPADAP,
NESTLÉ, MONSANTO, CARAMURU e SYNGENTA.
Características do germoplasma de soja para qualidade
Nenhuma fonte de variabilidade no germoplasma
adaptado
As fontes estão em algumas variedades americanas já
melhoradas ou em PIs
Muito divergentes em relação as variedades brasileiras
Quando introduzidas apresentam baixa produtividade
FASES DO PROGRAMA DE MELHORAMENTO que visa criar variedades
especiais de soja tendo como progenitores doadores de genes genótipos
exóticos
Primeira Fase
Retrocruzamentos assistidos por microanálises não destrutivas e
marcadores moleculares
Produto
Variedades com produtividades similares aos progenitores recorrentes
FASES DO PROGRAMA DE MELHORAMENTO que visa criar variedades
especiais de soja tendo como progenitores doadores de genes genótipos
exóticos
Segunda Fase
Obtenção de novas variedades mais produtivas comparadas aos
progenitores recorrentes através do intercruzamento das variedades
obtidas na primeira fase e seleção por métodos clássicos de
melhoramento (SSD) e SAM
Produto
Variedades com características de qualidade e com maior potencial
produtivo.
Desenvolvimento de variedades de soja com teores
modificados de ácido graxos
Composição do óleo de soja
56%
Ácido Linoléico
18:2 Δ9, 12
10%
Ácido Linolênico
18:3 Δ9, 12, 15
20%
Ácido Oléico
18:1 Δ9
10%
4%
Ácido Esteárico Ácido Palmítico
16:0
18:0
Biossíntese do óleo em plantas
Composição do óleo de soja
Normal
Meta
Benefício
C16
11%
~ 7%
industrial
C18
4%
~ 2%
industrial
C18:1
25%
> 80%
estabilidade
C18:2
50%
< 10%
estabilidade
C18:3
10%
~ 1%
estabilidade
Dessaturases
Catalisam a introdução de duplas ligações em posições específicas da porção
hidrocarbônica dos ácidos graxos (KINNEY et al., 2002).
-6
Ácido
palmítico
(16:0)
Ácido
esteárico
(18:0)
Ácido
oléico
(18:1)
dessaturases
X
-3
dessaturases
Ácido
linoléico
(18:2)
X
Ácido
linolênico
(18:3)
Genes ω-3-dessaturases em soja
A BC
Folha
A BC
Flores
A BC
Sementes
Alelos e mutações no gene GmFAD3A encontrados em
linhagens de soja com baixo conteúdo de ácido linolênico
Crop Sci. 47:2445-2452 (2007)
A5
J18
M5
C1640
CX1512-44
PI
361088B
Teor de ácido linolênico em sementes F2
(CAC - 1 X BARC - 12)
18
16
Número
de
Sementes
14
BARC-12
CAC-1
12
10
8
6
4
2
0
2,8
3,2
3,6
4,0
4,4
4,8
5,2
5,6
6,0
6,4
6,8
% de Ácido linolênico
7,2
7,6
8,0
8,4
8,8
9,2
Genótipo A29
 1% de ácido linolênico
 Determinado por 3 genes recessivos:
 GmFAD3A
 GmFAD3B
 GmFAD3C
Deleção
Mutação pontual
FAD2-1
FAD2-2
17
19
21
26
Raiz
6-10 13
Caule
Semente (DAF)
Folha
Genes ω-6-dessaturases em soja
Material genético: Tucunaré , A29, FA22 e N85-2176
1° Estádio: 0 – 125 mg
2° Estádio: 126 – 250 mg
3° Estádio: 251 – 375 mg
4° Estádio: superior a 376 mg
5° Estádio: Madura
Análise em Cromatografia gasosa
Conteúdo de ácido linoléico
Conteúdo de ácido oléico
Conteúdo de ácido linolênico
GENITORES DOADORES DE ALELOS PARA ALTO OLEICO
E BAIXO LINOLÊNICO USADOS NO PROGRAMA
FA22 - acido oleico em torno de 50%
A29 – acido linolênico em torno de 1%
PI 603452 e PI 283327 - quando combinadas
elevam o teor de acido oleico para mais de 80%
Extração e análise de ácidos graxos
3 Extrações
independentes
1mL
Hexano
Evaporar
com N2
0,4mL
Metóxido
de Sódio
1,5mL Hexano
1mLÁgua
verter
Macerar
em Nitrogênio
Líquido
12 Horas
Freezer
Sulfato de
Sódio Anidro
1 Hora
Banho-maria
40°C
1 Hora
Repouso
verter
Transferir a
Fase Orgânica
Fase
Orgânica
Protocolo de JAHM (1982)
Análises de ácidos graxos em óleo de soja por
cromatografia gasosa
Linoleico
Oleico
Esteárico
Esteárico
Linoleico
Oleico
Palmítico
Linolênico
Palmítico
Linolênico
1.0
3.0
Acido Graxo
5.0
1.0
Concentração (%)
3.0
Acido Graxo
5.0
Concentração (%)
Palmítico
9.2
Palmítico
11.6
Esteárico
2.8
Esteárico
3.3
Oleico
80.0
Linoleico
6.5
Linolênico
1.5
Oleico
24.1
Linoleico
55.8
Linolênico
9.2
Cruzamento entre A29 x Tucunaré
A29
100
Tucunaré
Número de sementes
80
F2
Sel.
F2:3
60
40
20
0
0-1 1-1.5 1.5-2 2-2.5 2.5-3 3-3.5 3.5-4 4-4.5 5-5.5 5.5-6 6-6.5 6.5-7 7-7.5 7.5-8 8-8.5 8.5-9 >9
Conteúdo de ácido linolênico (%)
Estabilidade oxidativa de óleos vegetais
Palma
Oliva
Colza
Soja
Girassol
Milho
Pinhão
Manso
Algodão
Saturados
44,7
15,7
6,5
15,3
11,1
8,0
21,8
29,6
Monoinsaturados
46,4
76,0
65,3
25,6
25,6
66,4
41,2
13,0
Polinsaturados
8,9
8,4
28,3
59,1
63,3
25,3
37,0
57,4
Estabilidade
Oxidativa (110 °C h)
4,0
3,3
2,0
1,3
0,8
1,2
3,23
0,17
Ácidos graxos
Fonte: Ramos et al., Bioresource Technology, in press. Doi:10.1016/j.biortech.2008.06.039
Melhoramento Genético da Soja para Produção
do Biodiesel
Alteração na Composição de Ácidos Graxos do Oleo
 Aumento de Ácido Oleico (C18:1) - Aumento do Índice de Cetanos
 Redução de Ácido Linolênico (C18:3) - Aumento da Estabilidade
Oxidativa
Estabilidade oxidativa de mistura de biodíseis com diferentes
conteúdos de ácidos palmítico, oléico, linoléico e linolênico
Fonte: Park et. al., Bioresource Technology, 99: 1196-1203, 2008
Índice de cetano em função do teor de ácidos graxos
Perfil de ácidos graxos de linhagens com baixo
conteúdo de ácido linolênico e normal
Composição de ácidos
graxos
C16
C18
C18:1
C18:2
C18:3
∑ SATURADOS
∑ MONOINSATURADOS
∑ POLIINSATUDOS
Baixo Linolênico
Normal
9,88
5,06
31,14
52,77
1,14
14,94
31,13
53,91
11,38
4,07
17,57
58,95
8,01
15,45
17,57
66,96
Propriedades do biodiesel obtido de linhagens com
baixo conteúdo de ácido linolênico e normal
Propriedades
Baixo
linolênico
Normal
-5
-5
-
-
-
Estabilidade oxidativa
(110 oC h)
8,51
0,56
6,0
6,0
3,0
Conversão (%)
95,5
97
CFPP (oC)
ANP – BRASIL
EM –
EUROPA
Limites (mínimo)
ANP EM ASTM
ASTM – ESTADOS
UNIDOS
PARCERIA ESTABELECIDA COM A EMPRESA
NATURALLE AGRO MERCANTIL LTDA
Criação de um banco genético de sojas especiais
para a indústria de alimentos e biodiesel
FINACIAMENTO – INOVA AGRO FINEP/BNDES
OBJETIVOS A SEREM ALCANÇADOS
Validar SNPs para os genes GmFAD2-1A e GmFAD21B que codificam as -6 dessaturases e para os genes
GmFAD3A, GmFAD3B e GmFAD3C que codificam as 3 dessaturases em soja
Utilizar esses marcadores SNPs na seleção de
indivíduos com alto conteúdo de ácido oleico e baixo
conteúdo de ácido linolênico nas populações de
melhoramento
OBJETIVOS A SEREM ALCANÇADOS
Desenvolver variedades de soja convencionais produtivas
com alto conteúdo de ácido oleico e baixo conteúdo de ácido
linolênico, por meio de retrocruzamentos parciais e
cruzamentos óctuplos auxiliado por marcadores moleculares
específicos
MATERIAL GENÉTICO
Progenitores recorrentes - Progênies selecionadas de
cruzamentos múltiplos do acesso FA22, que apresenta teor
médio de ácido oleico, e as variedades CD 219, Vencedora,
Tucunaré e a linhagem CS303TNKCA e de cruzamentos das
variedades CD 201, CD 205, CD 219, CD 222 e CD 224 com o
acesso A29, que apresenta baixíssimo teor de ácido
linolênico.
Progenitores doadores de alelos para alto conteúdo de
ácido oleico - PI 603452 e PI 283327
Linhagens recorrentes com teor médio de ácido
oleico (em torno de 40%) e baixíssimo teor de
ácido linolênico (em torno de 1,5%).
Linhagem
Proteína Farelo Óleo Farelo
%
%
Ácido Linoléico
g/100g óleo
Ácido Linolênico
g/100g óleo
Ácido Oleico
g/100g óleo
VX- 11-1450
43,28
18,66
44,69
9,88
36,90
VX- 11-3514
40,90
18,52
36,94
5,95
39,22
VX- 11-3535
41,74
16,69
44,13
6,53
43,87
VX- 11-3615
41,16
17,07
43,24
6,98
44,34
VX- 11-4559
41,82
19,31
54,99
5,57
35,65
VX- 11-3060
35,17
20,29
67,03
0,93
18,40
VX- 11-3269
38,88
22,64
60,94
1,67
22,03
VX- 11-3400
38,00
20,89
61,73
1,79
23,56
VX- 11-3815
39,90
20,24
60,83
1,86
23,96
VX- 11-4234
45,25
19,65
60,33
0,96
27,09
Retrocruzamentos assistidos por marcadores
SNP para conteúdo de ácido oléico
(PI 283327 X UFV1...10)
RC1F1
RC1F1
RC2F1
RC2F1
RC3F1
RC3F1
RC4F1
(PI 603452 X UFV1...10)
Duplo Híbrido
RC4F1
Seleção de RC4F2 com ausência de FAD2-1A e FAD2-1B
Esquema de retrocruzamentos assistido por
marcadores SNP para conteúdo de ácido
oleico para alelos independentes de FAD2-1.
RESULTADOS GERAIS PRETENDIDOS
Variedades especiais de soja mais apropriadas para a
agroindústria, com as seguintes características:
Alto conteúdo de proteína (maior que 43%)
Baixíssimo conteúdo de ácido linolênico (em torno de 1,5%)
Alto teor de ácido oleico (em torno de 80%)
Alto teor de ácido oleico e baixíssimo teor de ácido linolênico
Outras combinações possíveis
Marcadores SNP selecionados para uso na seleção assistida
Formação de recursos humanos em genética molecular de
plantas