Melhorista

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?
ØMelhoramento ambiental;
ØMelhoramento genético:
Ø“Arte e a ciência que visam a modificação
genética das plantas para torná-las mais úteis ao
homem”
Ø“Aumento na freqüência de alelos e genótipos
favoráveis”
Ø“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??!!!!!
Como seriam algumas espécies alimentícias se não
fossem modificadas geneticamente ao longo de
milenios
Domesticação:
Ø Mais arte do que ciência;
Ø Ocorrida em tempos remotos;
Ø Hoje o melhoramento genético
praticamente é só ciência;
“Importante é a interação entre
melhoramento ambiental e genético”
Obtenção de bons genótipos
Apenas um genótipo:
ØHeterozigótico (híbrido de linhagens puras,
clones de indivíduo heterozigoto);
ØHomozigótico (linhagem pura).
Vários genótipos
ØPredominantemente heterozigóticos (híbrido
triplo ou duplo);
ØPredominantemente homozigóticos (Variedade
sintética, mistura de linhagens puras).
“VARIEDADES – CULTIVARES”
Cultivar:
ØGenótipo 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:
ØLinhagem pura;
ØMistura de linhagens puras;
ØClone;
ØHíbrido (de linhagens puras, Intermediário,
Intervarietal);
ØVariedade;
ØVariedade sintética;
Passos do melhoramento
ØIdentificação dos melhores genótipos;
ØProvocação do aparecimento do(s) genótipo(s)
(quando necessário);
ØMultiplicação do(s) genótipo(s) desejado(s).
Dificuldades na procura e obtenção de bons
genótipos
Nem sempre é difícil;
ØEspécies ainda não melhoradas (Apenas a
coleta ou introdução de um genótipo novo já é
uma grande contribuição, muitas vezes);
ØIsolamento 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
ØCorrelação não desejável entre caracteres;
ØBase genética estreita (Fazer recombinações,
introgressões, usar Bancos e origem);
ØFrequência genotípica baixa (Trabalho com
grande número de indivíduos);
ØEfeitos ambientais – F ® G + E + GE (O efeito G
precisa ser separado).
ØGenótipos diferentes – fenótipos iguais
(Repetições, progênies, controle ambiental).
ØInteração gênica
Melhorista
ØPrecisa estabelecer uma estratégia de
visão de futuro sobre seu trabalho;
ØNem sempre busca apenas rendimento;
ØQualidade;
ØAtratividade;
ØAdaptação ao manuseio;
Melhorista
ØAdaptação à comercialização;
ØAdaptação a uma nova condição (Abelha
sem ferrão);
ØInserção ideal na cadeia produtiva;
ØCorreção de alguma “frescura” ou
preferência (Milho espiga fina, Feijão hilo
amarelo, cenoura cilíndrica).
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)
ØPaciência;
ØPersistência (a mais lembrada);
ØHabilidade interpessoal para estabelecer
relacionamentos;
ØEspírito de liderança e vontade de
trabalhar com afinco;
ØConhecer as disciplinas Genética,
Estatística, Entomologia, Fitopatologia,
Fisiologia Vegetal;
Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)
ØParceria (Dificilmente um apenas tem a
condição de desempenhar com eficiência e
profundidade todas as disciplinas
consideradas prioritárias para o
melhoramento);
ØFamiliarização com recursos genéticos
(Não recebeu prioridade).
Perspectivas no Brasil
ØExecução de programas –
Predominantemente pelo setor público.
Exceções são soja, milho e algumas outras;
ØMudanças em curso devido à Lei de
Proteção de Cultivares;
ØBiologia molecular e Biotecnologia –
Disponibilização de novas ferramentas,
principalmente no caso de plantas
perenes;
Perspectivas no Brasil
ØCadeias produtivas ainda com pouco
sucesso, onde o melhoramento pode
avançar;
ØOlerícolas; Fruteiras; Forrageiras;
Florestais; Medicinais.
Recursos Genéticos Vegetais
ØBiodiversidade – Totalidade de genes,
espécies e ecossistemas do mundo ou de
uma região;
ØConservação
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
ØErosão genética - Redução na
biodiversidade genética de espécies;
Ø300.000 espécies de plantas superiores
descritas;
ØHomem já utilizou aproximadamente
3.000 na alimentação;
Recursos Genéticos Vegetais
ØAtualmente usa aproximadamente 300;
ØApenas 15 são responsáveis por 90% de
toda a alimentação humana;
ØTrigo, arroz, milho e batata – 80% do total
produzido.
Recursos Genéticos Vegetais
ØNikolai Vavilov (início do século XX) –
Primeiro a reconhecer a importância da
coleta de sementes e organização de
coleções;
ØRGV representa:
ØReservatório genético;
ØSoluções para diversas alterações
ambientais;
ØMatéria prima para o desenvolvimento da
agricultura;
Recursos Genéticos Vegetais
ØPossível solução para a vulnerabilidade
genética;
ØRisco que existe devido à base genética
estreita (risco mais a curto prazo);
ØMangueira – 80% da cultura implantada
no país pertence a Tomy Atkins e Haden;
ØResolve-se com a diversificação de
cultivares, introdução de novos genótipos
e recombinação genética.
Recursos Genéticos Vegetais
ØGermoplasma – “Germo” (princípio
rudimentar de um novo ser orgânico) +
“plasma” (matéria não definida);
ØMatéria onde se encontra um princípio
que pode crescer e se desenvolver;
ØSoma total dos materiais hereditários de
uma espécie.
Recursos Genéticos Vegetais
ØCategorias de germoplasma (HOYT, 1992);
ØParentes silvestres;
ØPopulações locais (Landraces) (Cultivo
primitivo);
ØCultivares que foram substituídas;
ØLinhagens experimentais;
ØMutações e outros produtos do
melhoramento;
ØCultivares modernas;
Recursos Genéticos Vegetais
ØBanco de Germoplasma (Formação);
ØIntrodução (Espécie, cultivar - variedade,
híbrido, etc, Citoplasma, Gene);
Ø Intercâmbio (aquisição recíproca) –
Regulamentos específicos, Quarentena;
ØColeta (Lavouras, roças, hortas e pomares
caseiros, mercados e feiras, habitats
silvestres);
Recursos Genéticos Vegetais
ØCaracterização e avaliação de Bancos de
germoplasma;
ØDetecção de duplicações;
ØDeterminação de descritores que auxiliam
a escolha pelo melhorista;
Recursos Genéticos Vegetais
ØConservação;
Ø“In situ” – Dentro do ecossistema,
mantendo o habitat natural;
Ø“Ex situ” – Fora do ambiente original ou
natural;
ØColeção de base (longo prazo);
ØColeção ativa (Médio prazo – Banco ativo
de germoplasma);
ØColeção nuclear (Menores, representam a
variabilidade genética da espécie);
Recursos Genéticos Vegetais
ØColeção “in vivo” (a campo) –
Recalcitrantes, propagação vegetativa;
ØColeção “in vitro” (Geralmente propágulos
em laboratório);
ØColeção genômica (Fragmentos de DNA
que representam o genoma);
ØCriopreservação (“in vitro” em longo
prazo, com utilização de N líquido).
MANGABA – EMEPA - PB
ARROZ - FILIPINAS
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
BANCO MUNDIAL - NORUEGA
Recursos Genéticos Vegetais
ØAcessos mantidos em coleções;
Ø+ de 2,5 milhões;
Ø1.200.000 cereais;
Ø369.000 leguminosas;
Ø215.000 forrageiras;
Ø137.000 hortaliças
Ø74.000 tubérculos.
Recursos Genéticos Vegetais
ØRGV e Melhoramento
ØHá uma lacuna;
ØMelhoristas resistem em utilizar os Bancos
de Germoplasma, utilizando sua própria
coleção de trabalho (evitam trabalhar com
genótipos selvagens);
• Recursos Genéticos Vegetais
ØCausas da baixa utilização:
ØDocumentação e descrição inadequadas;
ØFalta de avaliação das coleções;
ØPouca disponibilidade de sementes;
ØAdaptação restrita dos acessos;
ØFalta de informações desejadas
• Recursos Genéticos Vegetais
ØCausas da baixa utilização:
ØNúmeros insuficiente de melhoristas;
ØDificuldade identificar genes
potencialmente úteis;
ØAusência 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
ØPré-melhoramento;
ØIntensificação na obtenção de
informações sobre os acessos e criação de
populações direcionando-as ao
melhoramento;
ØIdentificação de caracteres ou genes de
interesse e incorporação nos materiais
adaptados (elites)
ØPode identificar acessos melhores que
cultivares locais (Ex: LAMP).
O processo evolutivo e o melhoramento
ØDomesticação (utilização de certas plantas
pelo homem) – originou uma coevolução
tornando-as dependentes de um ambiente
artificial (menor competição);
ØSeleção artificial – Na maioria das vezes
contraria as tendências evolutivas;
O processo evolutivo e o melhoramento
ØMecanismos 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
ØTeoria Sintética da evolução;
ØCriação de variabilidade genética
(mutações de ponto, mutações
cromossômicas);
ØAmplificação da variabilidade genética
(Recombinação, hibridação, migração);
ØProcessos que orientam para maior
adaptabilidade;
ØSeleção e ação do acaso;
ØIsolamento reprodutivo;
ØDivergência genética;
ØSeleção;
ØPrevisível;
ØDirecional, estabilizadora, disruptiva;
ØOscilação ou deriva genética – Também
possui uma direção que não é constante;
ØDomesticação:
ØAcidental – Relação inconsciente com a
planta que utiliza na alimentação e passa a
proteger;
ØEspecializada – A planta é levada para
junto da habitação (menor competição);
ØAgrícola – Mudança de ambiente para que
a planta possa maximizar o seu potencial
de produção (criação de ambiente
artificial);
ØDomesticação científica;
ØManipulação dos mecanismos de
evolução das plantas;
ØPerigo do rompimento do equilíbrio;
ØConsciência do perigo – Campanha de
conservação dos recursos genéticos;
Endogamia no melhoramento
ØCruzamento entre indivíduos aparentados
(primos, meios irmãos, irmãos completos,
retrocruzamentos, autofecundação);
ØIndesejável em muitos casos e auxiliar em
muitos esquemas de melhoramento;
ØLinhagens puras em autógamas;
ØLinhagens puras para obtenção de
híbridos em alógamas;
Endogamia no melhoramento
ØProgênies para servir de base para
seleção;
ØEliminação de alelos indesejáveis na
seleção recorrente;
ØPode ocorrer devido ao pequeno tamanho
da população;
Endogamia no melhoramento
ØConsequências;
ØAumento da homozigose;
ØAlteração na frequência genotípica e não
na frequência gênica;
ØAparecimento de fenótipos indesejáveis
(Deficiência de clorofila, nanismo,
esterilidade, etc...);
ØDepressão por endogamia – Perda de
vigor generalizada, diminuição na
expressão de caracteres quantitativos em
decorrência do aumento na homozigose;
Valor
Freq
genotípico uênc
Genótipo
S0
ia
geno
típic
a
S1
S2
....
S¥
BB
10
1/4 3/8 7/16 .... 1/2
aumentar
diminuir?
BbNão pode10
1/2ao invés
1/4 de
1/8
.... 0
bb
2
1/4 3/8 7/16 .... 1/2
Média
8,0 7,0 6,5 .... 6,0
CULTIVARES
CULTIVARES
Endogamia no melhoramento
ØAlfafa, cenoura, milho, cana, eucalipto –
plantas que mais sofrem perda de vigor
com endogamia;
ØCebola, girassol, centeio – nem sempre
sofrem depressão;
ØCucurbitáceas e autógamas – pouca ou
nenhuma depressão;
ØCoeficiente de endogamia – nível de
homozigosidade em uma geração
específica;
Hibridação no melhoramento
ØImportante tanto no sentido da
exploração do vigor híbrido quanto para
promover variabilidade e obter progênies
para servir de base para processos de
seleção;
ØHeterose (SHULL, 1912)
Ø“Superioridade do híbrido em relação à
média dos pais”;
Ø“Expressão dos efeitos benéficos da
hibridação”;
Ø“Aumento do vigor, da expressão de
Hibridação no melhoramento
ØHeterobeltiose – Superioridade (?) do
híbrido em relação ao pai superior;
ØHeterose padrão – Desempenho do
híbrido em relação à uma cultivar padrão;
Hibridação no melhoramento
ØManifestação da heterose;
ØÁrea foliar;
ØDesenvolvimento do sistema radicular;
ØAltura da planta;
ØRendimento;
ØTaxa fotossintética;
ØMetabolismo celular;
ØTamanho da célula;
ØTamanho do fruto;
ØNúmero de frutos;
ØCor do fruto;
Hibridação no melhoramento
ØBase genética da heterose;
ØDominância – O número médio de locos
homozigotos desfavoráveis no híbrido é menor
que em cada um dos parentais;
ØSobredominância – Cada alelo de um loco
possui função distinta, mas há um estímulo
fisiológico em indivíduos heterozigotos;
ØEpistasia – Combinações específicas
envolvendo alelos de diferentes locos fornecem
um estímulo fisiológico;
Hibridação no melhoramento
ØHibridação em autógamas;
ØSeleção continuada leva à fixação de
linhas puras;
ØHibridação para aparecimento de
variabilidade (segregação transgressiva);
ØHeterose em autógamas?
Hibridação no melhoramento
ØHibridação em alógamas;
ØUso em híbridos;
ØManutenção da variabilidade ou
promoção de variabilidade;
ØCruzamentos controlados para obtenção
de progênies ou famílias;
ØProgênies ou famílias de meios-irmãos
(intra e interpopulacionais);
ØProgênies ou famílias de irmãos germanos
(intra e interpopulacionais);
ØProgênies ou famílias “top cross” – vários
PLANTAS AUTÓGAMAS
ØCausas da autofertilização;
ØMorfologia floral que força a liberação do
pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)