melhoramento de plantas

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Melhoramento de
plantas
Prof. Dr. João Antonio da Costa Andrade
Departamento de Biologia e Zootecnia
MELHORAMENTO GENÉTICO DE PLANTAS
O que é melhoramento de plantas?
Melhoramento ambiental;
Melhoramento genético:
 “Arte e a ciência que visam a
modificação genética das plantas para
torná-las mais úteis ao homem”
 “Aumento na frequência de alelos e
genótipos favoráveis”
 “Obtenção de bons genótipos”
Embora os avanços tecnológicos e cientifícos
tenham contribuído de maneira substancial para
o melhoramento genético, é importante salientar
que, qualquer que seja a tecnologia empregada, a
participação da seleção sempre foi fundamental
para o êxito desejado.
Dr. Ernesto Paterniani
Poder da seleção??!!!!!
Domesticação:
 Mais arte do que ciência;
 Ocorrida em tempos remotos;
 Hoje o melhoramento genético
praticamente é só ciência;
“Importante é a interação entre
melhoramento ambiental e genético”
Obtenção de bons genótipos
Apenas um genótipo:
Heterozigótico (híbrido de linhagens puras,
clones de indivíduo heterozigoto);
Homozigótico (linhagem pura).
Vários genótipos
Predominantemente heterozigóticos (híbrido
triplo ou duplo);
Predominantemente homozigóticos
(Variedade sintética, mistura de linhagens
puras).
“VARIEDADES – CULTIVARES”
Cultivar:
Genótipo ou grupo de genótipos com alguma
característica específica ou simplesmente
reunidos em um grupo (população), utilizado (s)
comercialmente pelos agricultores.
“VARIEDADES – CULTIVARES”
Tipos de cultivares:
Linhagem pura;
Mistura de linhagens puras;
Clone;
Híbrido (de linhagens puras,
Intermediário, Intervarietal);
Variedade;
Variedade sintética;
Passos do melhoramento
Identificação dos melhores genótipos;
Provocação do aparecimento do(s) genótipo(s)
(quando necessário);
Multiplicação do(s) genótipo(s) desejado(s).
Dificuldades na procura e obtenção de bons
genótipos
Nem sempre é difícil;
Espécies ainda não melhoradas (Apenas a
coleta ou introdução de um genótipo novo já é
uma grande contribuição, muitas vezes);
Isolamento ou indução de mutantes que por
si só resolvem algum problema sério (uva sem
semente, melancia sem semente, arroz anão,
sorgo anão);
Tipo de herança do caráter (qualitativo ou
quantitativo);
Dificuldades na procura e obtenção de bons
genótipos
Correlação não desejável entre caracteres;
Base genética estreita (Fazer recombinações,
introgressões, usar Bancos e origem);
Frequência genotípica baixa (Trabalho com
grande número de indivíduos);
Efeitos ambientais – F  G + E + GE (O efeito G
precisa ser separado).
Genótipos diferentes – fenótipos iguais
(Repetições, progênies, controle ambiental).
Interação gênica
Melhorista
Precisa estabelecer uma estratégia de
visão de futuro sobre seu trabalho;
Nem sempre busca apenas rendimento;
Qualidade;
Atratividade;
Adaptação ao manuseio;
Diminuição nos custo de produção.
Melhorista
Adaptação à comercialização;
Adaptação a uma nova condição (Abelha
sem ferrão);
Inserção ideal na cadeia produtiva;
Correção de alguma “frescura” ou
preferência (Milho espiga fina, Feijão hilo
amarelo, cenoura cilíndrica).
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)
Paciência;
Persistência (a mais lembrada);
Habilidade interpessoal para estabelecer
relacionamentos;
Espírito de liderança e vontade de
trabalhar com afinco;
Conhecer as disciplinas Genética,
Estatística, Entomologia, Fitopatologia,
Fisiologia Vegetal;
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)
Parceria (Dificilmente um apenas tem a
condição de desempenhar com eficiência
e profundidade todas as disciplinas
consideradas prioritárias para o
melhoramento);
Familiarização com recursos genéticos
(Não recebeu prioridade).
Perspectivas no Brasil
Execução de programas –
Predominantemente pelo setor público.
Exceções são soja, milho e algumas
outras;
Mudanças devido à Lei de Proteção de
Cultivares;
Biologia molecular e Biotecnologia –
Disponibilização de novas ferramentas,
principalmente no caso de plantas
perenes;
Perspectivas no Brasil
Cadeias produtivas ainda com pouco
sucesso, onde o melhoramento pode
avançar;
Olerícolas; Fruteiras; Forrageiras;
Florestais; Medicinais.
Recursos Genéticos Vegetais
 Biodiversidade – Totalidade de genes,
espécies e ecossistemas do mundo ou de
uma região;
 Conservação
da biodiversidade
–
Manutenção de um sistema de apoio à
vida humana, fornecido pela natureza e
os recursos vivos essenciais para o
desenvolvimento.
Recursos Genéticos Vegetais
Erosão genética - Redução na
biodiversidade genética de espécies;
300.000 espécies de plantas superiores
descritas;
Homem já utilizou aproximadamente
3.000 na alimentação;
Recursos Genéticos Vegetais
Atualmente usa aproximadamente 300;
Apenas 15 são responsáveis por 90% de
toda a alimentação humana;
Trigo, arroz, milho e batata – 80% do total
produzido.
Recursos Genéticos Vegetais
Nikolai Vavilov (início do século XX) –
Primeiro a reconhecer a importância da
coleta de sementes e organização de
coleções;
RGV representa:
Reservatório genético;
 Soluções para diversas alterações
ambientais;
Matéria prima para o
desenvolvimento da agricultura;
Recursos Genéticos Vegetais
Possível solução para a vulnerabilidade
genética;
Risco que existe devido à base genética
estreita (risco mais a curto prazo);
Mangueira – 80% da cultura
implantada no país pertence a Tomy
Atkins e Haden;
Resolve-se com a diversificação de
cultivares, introdução de novos
genótipos e recombinação genética.
Recursos Genéticos Vegetais
Germoplasma – “Germo” (princípio
rudimentar de um novo ser orgânico) +
“plasma” (matéria não definida);
Matéria onde se encontra um
princípio que pode crescer e se
desenvolver;
Soma total dos materiais
hereditários de uma espécie.
Recursos Genéticos Vegetais
Categorias de germoplasma (HOYT, 1992);
Parentes silvestres;
Populações locais (Landraces)
(Cultivo primitivo);
Cultivares que foram substituídas;
Linhagens experimentais;
Mutações e outros produtos do
melhoramento;
Cultivares modernas;
Recursos Genéticos Vegetais
Banco de Germoplasma (Formação);
Introdução (Espécie, cultivar variedade, híbrido, etc, Citoplasma,
Gene);
 Intercâmbio (aquisição recíproca) –
Regulamentos específicos, Quarentena;
Coleta (Lavouras, roças, hortas e
pomares caseiros, mercados e feiras,
habitats silvestres);
Recursos Genéticos Vegetais
Caracterização e avaliação de Bancos de
germoplasma;
Detecção de duplicações;
Determinação de descritores que
auxiliam a escolha pelo melhorista;
Recursos Genéticos Vegetais
Conservação;
“In situ” – Dentro do ecossistema,
mantendo o habitat natural;
“Ex situ” – Fora do ambiente original ou
natural;
Coleção de base (longo prazo);
Coleção ativa (Médio prazo – Banco
ativo de germoplasma);
Coleção nuclear (Menores, representam
a variabilidade genética da espécie);
Recursos Genéticos Vegetais
Coleção “in vivo” (a campo) –
Recalcitrantes, propagação vegetativa;
Coleção “in vitro” (Geralmente
propágulos em laboratório);
Coleção genômica (Fragmentos de DNA
que representam o genoma);
Criopreservação (“in vitro” em longo
prazo, com utilização de N líquido).
MANGABA – EMEPA - PB
ARROZ - FILIPINAS
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
Recursos Genéticos Vegetais
Acessos mantidos em coleções;
+ de 2,5 milhões;
1.200.000 cereais;
369.000 leguminosas;
215.000 forrageiras;
137.000 hortaliças
74.000 tubérculos.
Recursos Genéticos Vegetais
RGV e Melhoramento
Há uma lacuna;
Melhoristas resistem em utilizar os
Bancos de Germoplasma, utilizando
sua própria coleção de trabalho
(evitam trabalhar com genótipos
selvagens);
• Recursos Genéticos Vegetais
Causas da baixa utilização:
Documentação e descrição
inadequadas;
Falta de avaliação das coleções;
Pouca disponibilidade de sementes;
Adaptação restrita dos acessos;
Falta de informações desejadas
• Recursos Genéticos Vegetais
Causas da baixa utilização:
Números insuficiente de
melhoristas;
Dificuldade para identificar genes
potencialmente úteis;
Ausência de programas de prémelhoramento.
Recursos Genéticos Vegetais
• Constata-se um esforço concentrado nos
materiais elites adaptados para o
desenvolvimento de novas cultivares;
• Muitos melhoristas apontam a
necessidade de resultados em curto
prazo como o principal impedimento
para utilização dos acessos,
principalmente em instituições privadas.
Recursos Genéticos Vegetais
Pré-melhoramento;
Intensificação na obtenção de
informações sobre os acessos e criação
de populações direcionando-as ao
melhoramento;
Identificação de caracteres ou genes
de interesse e incorporação nos
materiais adaptados (elites);
Pode identificar acessos melhores que
cultivares locais (Ex: LAMP).
O processo evolutivo e o melhoramento
Domesticação (utilização de certas plantas
pelo homem) – originou uma coevolução
tornando-as dependentes de um
ambiente artificial (menor competição);
Seleção artificial – Na maioria das vezes
contraria as tendências evolutivas;
O processo evolutivo e o melhoramento
Mecanismos capazes de alterar a
constituição genética no melhoramento –
São os mesmos atuantes na natureza ao
longo dos processos evolutivos. Portanto
os mecanismos evolutivos são
ferramentas do melhorista;
O processo evolutivo e o melhoramento
Teoria Sintética da evolução;
Criação de variabilidade genética
(mutações de ponto, mutações
cromossômicas);
Amplificação da variabilidade genética
(Recombinação, hibridação, migração);
Processos que orientam para maior
adaptabilidade;
Seleção e ação do acaso;
Isolamento reprodutivo;
Divergência genética;
Seleção;
Previsível;
Direcional, estabilizadora, disruptiva;
Oscilação ou deriva genética – Também
possui uma direção que não é constante;
Domesticação:
Acidental – Relação inconsciente com a
planta que utiliza na alimentação e
passa a proteger;
Especializada – A planta é levada para
junto da habitação (menor
competição);
Agrícola – Mudança de ambiente para
que a planta possa maximizar o seu
potencial de produção (criação de
ambiente artificial);
Domesticação científica;
Manipulação dos mecanismos de
evolução das plantas;
Perigo do rompimento do equilíbrio;
Consciência do perigo – Campanha de
conservação dos recursos genéticos;
Endogamia no melhoramento
Cruzamento entre indivíduos aparentados
(primos, meios irmãos, irmãos completos,
retrocruzamentos, autofecundação);
Indesejável em muitos casos e auxiliar em
muitos esquemas de melhoramento;
Linhagens puras em autógamas;
Linhagens puras para obtenção de
híbridos em alógamas;
Endogamia no melhoramento
Progênies para servir de base para
seleção;
Eliminação de alelos indesejáveis na
seleção recorrente;
Pode ocorrer devido ao pequeno tamanho
da população;
Endogamia no melhoramento
Consequências;
Aumento da homozigose;
Alteração na frequência genotípica e não
na frequência gênica;
Aparecimento de fenótipos indesejáveis
(Deficiência de clorofila, nanismo,
esterilidade, etc...);
Depressão por endogamia – Perda de vigor
generalizada, diminuição na expressão de
caracteres quantitativos em decorrência
do aumento na homozigose;
Genótipo
Valor
genotípico
BB
Bb
bb
10
10
2
Média
Frequência genotípica
S0
S1
S2 .... S
1/4 3/8 7/16 .... 1/2
1/2 1/4 1/8 .... 0
1/4 3/8 7/16 .... 1/2
8,0
7,0
6,5
.... 6,0
Não pode aumentar ao invés de diminuir?
CULTIVARES
CULTIVARES
Endogamia no melhoramento
 Alfafa, cenoura, milho, cana, eucalipto –
plantas que mais sofrem perda de vigor com
endogamia;
 Cebola, girassol, centeio – nem sempre
sofrem depressão;
 Cucurbitáceas e autógamas – pouca ou
nenhuma depressão;
 Coeficiente de endogamia – nível de
homozigosidade em uma geração específica;
Hibridação no melhoramento
Importante tanto no sentido da exploração do
vigor híbrido quanto para promover variabilidade
e obter progênies para servir de base para
processos de seleção;
Heterose (SHULL, 1912)
“Superioridade do híbrido em relação à média
dos pais”;
“Expressão dos efeitos benéficos da
hibridação”;
“Aumento do vigor, da expressão de
determinados fenótipos e da intensidade de
outros fenômenos fisiológicos, decorrentes do
cruzamento entre indivíduos contrastantes”;
Hibridação no melhoramento
Heterobeltiose – Superioridade (?) do
híbrido em relação ao pai superior;
Heterose padrão – Desempenho do
híbrido em relação a uma cultivar padrão;
Hibridação no melhoramento
Manifestação da heterose;
Área foliar;
Desenvolvimento do sistema radicular;
Altura da planta;
Rendimento;
Taxa fotossintética;
Metabolismo celular;
Tamanho da célula;
Tamanho do fruto;
Número de frutos;
Cor do fruto;
Precocidade;
Hibridação no melhoramento
Base genética da heterose;
Dominância – O número médio de locos
homozigotos desfavoráveis no híbrido é
menor que em cada um dos parentais;
Sobredominância – Cada alelo de um loco
possui função distinta, mas há um estímulo
fisiológico em indivíduos heterozigotos;
Epistasia – Combinações específicas
envolvendo alelos de diferentes locos
fornecem um estímulo fisiológico;
Hibridação no melhoramento
Hibridação em autógamas;
Seleção continuada leva à fixação
de linhas puras;
Hibridação para aparecimento de
variabilidade (segregação
transgressiva);
Heterose em autógamas?
Hibridação no melhoramento
Hibridação em alógamas;
Uso em híbridos;
Manutenção da variabilidade ou promoção
de variabilidade;
Cruzamentos controlados para obtenção de
progênies ou famílias;
Progênies ou famílias de meios-irmãos (intra
e interpopulacionais);
Progênies ou famílias de irmãos germanos
(intra e interpopulacionais);
Progênies ou famílias “top cross” – vários
genótipos cruzados com um testador comum;
PLANTAS AUTÓGAMAS
Causas da autofertilização;
Morfologia floral que força a liberação do
pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)