PR RENATA MUSSOI GIACOMIN1 - TEDE

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO-OESTE
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA EVOLUTIVA
RENATA MUSSOI GIACOMIN
ESTABILIDADE GENÔMICA EM TRITICALE: RELAÇÃO ENTRE
COMPORTAMENTO MEIÓTICO E ANORMALIDADES MITÓTICAS
Guarapuava
2014
ii
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO-OESTE
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA EVOLUTIVA
RENATA MUSSOI GIACOMIN
ESTABILIDADE GENÔMICA EM TRITICALE: RELAÇÃO ENTRE
COMPORTAMENTO MEIÓTICO E ANORMALIDADES MITÓTICAS
Dissertação de Mestrado apresentada ao
programa de Pós-Graduação em Biologia
Evolutiva da Universidade Estadual do CentroOeste em associação com a Universidade
Estadual de Ponta Grossa, como parte dos
requisitos para a obtenção do título de Mestre
em Ciências Biológicas (Área de Concentração
em Biologia Evolutiva).
Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Da Silva.
Co-orientadores: Profa. Dra. Sandra Patussi Brammer.
Prof. Dr. Carlos Egydio Carvalho.
Guarapuava
2014
iii
Catalogação na Publicação
Biblioteca Central da Unicentro, Campus Cedeteg
G429e
Giacomin, Renata Mussoi
Estabilidade genômica em triticale: relação entre comportamento
meiótico e anormalidades mitóticas / Renata Mussoi Giacomin. – –
Guarapuava, 2014
x, 44 f. : il. ; 28 cm
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual do Centro-Oeste, em
associação ampla com a Universidade Estadual de Ponta Grossa,
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas, área de concentração
em Biologia Evolutiva, 2014
Orientador: Paulo Roberto da Silva
Co-orientadores: Sandra Patussi Brammer, Carlos Egydio Carvalho
Banca examinadora: Paulo Roberto da Silva, Sandra Patussi Bremmer,
Eleniza de Victor Adamowski Chiquetti
Bibliografia
1. Ciências Biológicas. 2. Biologia evolutiva. 3. Triticosecale. 4. Meioses.
5. GISH. 6. Viabilidade polínica. 7. Translocações cromossômicas. I. Título.
II. Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas.
CDD 575
iv
AGRADECIMENTOS
Após seis anos de UNICENTRO, mais uma etapa está chegando ao final na
minha vida. É normal e esperado que ao final do mestrado muitos sentimentos
estejam envolvidos, e comigo não poderia ser diferente. Durante todos esses
anos eu tive a oportunidade de conhecer pessoas incríveis, as quais me
proporcionaram não somente um amadurecimento científico como também
crescimento pessoal. A todos vocês que simplesmente me fizeram sorrir e
passaram de alguma forma pelo meu caminho, deixo registrado aqui a minha
sincera gratidão.
Às minhas verdadeiras referências:
GIACOMIN, T.; GIACOMIN, N.M. Pai e Mãe. Me educaram para estudar e
sempre me ensinaram a seguir em frente. Pelo esforço para que eu pudesse me
dedicar exclusivamente ao Mestrado.
GIACOMIN, M.M. Minha Sis. Apesar da distância, esteve sempre pronta para me
orientar, aconselhar e apoiar.
DA SILVA, P.R. Meu Orientador. Sem palavras. Pela orientação, compreensão,
paciência, amizade, apoio na distância e também pelas broncas construtivas,
necessárias para a minha educação científica.
BRAMMER, S.P. Minha co-orientadora. Obrigada pela recepção, pelas
oportunidades, pela compreensão e por sempre acreditar em mim.
CARVALHO, C.E. Meu co-orientador. Obrigada por me receber de braços
abertos em Saskatoon, por compreender minhas ausências para escrever, por
me encaminhar a uma nova área da ciência e pelo convívio.
URBAN, C.W. “O meu melhor amigo é o meu amor”. Pela paciência em aturar
minha ausência, meu stress, a saudade e chororô. Por todo incentivo e ajuda
durante as etapas práticas, aplicando conhecimentos de Eng. Agrônomo para
ajudar na minha pesquisa.
DE ASSIS, R. Me fez sentir um pouco como é ser orientadora. Obrigada Rafa
pela ajuda imensurável nas análises.
TRAVA, B.M.; GOBATTO, C.R. Amigas que estiveram sempre comigo em
momentos de dedicação e comemoração.
v
LGBMV. Amigos do Laboratório, pelos incansáveis dias de muito trabalho e
risadas (ou o contrário).
FAGUNDES, B.S. Pelos anos de amizade e ajuda nas atividades de laboratório.
EMBRAPA-TRIGO. Obrigada a todos pela recepção, ensinamentos, e ajuda nas
análises.
USASK. “Não importa o tempo que se passe com alguém, mas sim a
intensidade com que as coisas acontecem.” Obrigada mesmo, a todos que
participaram deste período em Saskatoon, especialmente a minha “nova” amiga
Aricia, por me ensinar que por trás da seriedade sempre existe a oportunidade
de rir.
ALLEGRETI-FRAZÃO, L.; COSTA, M. Obrigada por serem minha família, pelas
risadas, pelo carinho, pela ajuda incontável nas análises da dissertação e pelas
madrugadas no office para cumprir prazos. Sentirei Saudades.
DEAGRO; Ao Professor Marcelo Cruz e ao Alex por disponibilizarem local e
auxiliarem na implantação da parte agronômica da pesquisa.
CAPES; ELAP; Pelo apoio financeiro para realização da pesquisa e do
intercâmbio.
À Deus, por estar sempre comigo, mesmo nos momentos de pouca fé.
Resumo
Estabilidade genômica em triticale: relação entre comportamento meiótico e
anormalidades mitóticas
O Triticale (X Triticosecale Wittimarck) é um híbrido intergenérico oriundo do
cruzamento entre o trigo e o centeio. É amplamente utilizado como alimento
energético em rações animais e para fabricação de pães e biscoitos. O triticale pode
apresentar numero cromossômico n=42 (hexaplóides) ou n=56 (octaploides). Por ser
um alopoliploide recentemente criado pode apresentar instabilidades durante o
processo meiótico, o que pode acarretar na perda da fertilidade da planta. O objetivo
deste trabalho foi a análise citogenética de genótipos de triticale pertencentes a
quatro gerações P1, P2, F1, F2, RC1 e RC2, oriundos do Programa de Melhoramento
Genético da Embrapa Trigo. Estes genótipos foram plantados em Guarapuava-PR.
Para análise do comportamento meiótico foram coletadas espiguetas em fase inicial
de desenvolvimento e fixadas em Carnoy. As lâminas foram preparadas pela técnica
de esmagamento, coradas com Carmim Propiônico 1% e analisadas em microscópio
ótico. Foram analisadas 100 células de cada fase da meiose, de seis plantas de
cada genótipo. O índice meiótico foi calculado e a viabilidade polínica determinada
utilizando Carmim Acético 1%. As análises de GISH foram realizadas segundo o
padrão apresentado na literatura utilizando DNA genômico de centeio como sonda e
de trigo como bloqueio. Todos os genótipos apresentaram instabilidade durante a
meiose. Os retrocruzamentos RC1 e RC2 apresentaram a menor média de
anormalidades nas fases meióticas e o maior índice meiótico, demonstrando maior
estabilidade. As anormalidades mais comuns foram cromossomos em ascensão
precoce, cromossomos retardatários, a presença de aderências e pontes
cromossômicas, e micronúcleos. O IM foi abaixo do normal para todos os genótipos.
Em geral, todos os genótipos apresentaram alto índice de viabilidade polínica, o que
pode inferir que a instabilidade durante a meiose não está afetando a fertilidade das
plantas analisadas. A GISH evidenciou uma possível translocação cromossômica no
genótipo utilizado como progenitor, Embrapa 53. Porém, sugere-se estudos
posteriores para constatar em que cromossomo se encontra e se esta translocação
pode estar interferindo da estabilidade genômica da cultivar.
Palavras-chave: Triticosecale; Meiose; GISH; viabilidade polínica; translocações
cromossômicas.
Abstract
Genomic Stability in triticale: relation between meiotic behavior and mitotic
abnormalities
Triticale (X Triticosecale Wittimarck ) is an intergeneric hybrid derived from a cross
between wheat and rye. It is widely used as food energy in animal feed and for
making breads and biscuits. Triticale can present chromosome number n = 42
(hexaploid) or n = 56 (octaploides). Being a newly created allopolyploid, it may
present instabilities during the meiotic process, which may result in loss of fertility.
Cytogenetic analysis of meiotic behaviour, pollen fertility and genomic stability are
important tools used to assist plant breeding programs to select stable genotypes.
The objective of this study was to analyze the cytogenetic of triticale genotypes
belonging to four generations P1, P2, F1, F2, RC1 and RC2, developed in the Genetic
Improvement Program of Embrapa Trigo. The genotypes were cultivated in the
experimental station of the Universidade Estadual do Centro Oeste, Brazil. For the
cytogenetic analysis of meiotic behaviour, spikelets were collected during an early
stage of development. The collected material was fixed in Carnoy and kept in 70%
alcohol. Slides were prepared by crushing and staining spikelets with 1 % propionic
carmine and analyzed by optical microscopy. 100 cells from each stage of meiosis
were analyzed, obtained from six plants of each genotype. The meiotic index was
calculated using the following formula: number of normal tetrads/total number of
tetrads x 100. To analyze pollen viability the same technique was used, but with 1 %
acetic carmine dye. GISH analyses were performed according to the pattern found in
the literature using genomic DNA as a probe of rye and wheat as blocking. In general
all genotypes presented instability during meiosis, with variation within genotypes.
The backcrosses RC1 and RC2 showed the lowest average of abnormalities in
meiotic stages and the largest meiotic index demonstrating high stability. The most
common chromosome abnormalities were early rise chromosome, laggard
chromosome, adhesions and bridges, and the presence of micronuclei. It was also
shown a high rate of pollen viability in all analyzed genotypes, which means that the
instability during meiosis is not affecting the fertility of plants analyzed. Through GISH
analysis, it was identified the presence of a chromosomal translocation in one of the
genotypes analyzed: Embrapa 53. However further investigations on the possibility of
this translocation be interfering in the cultivar genomic stability are suggested.
ii
Key-words:
translocations.
Triticosecale
;
Meiosis;
GISH;
pollen
viability;
chromosomal
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 01. Anormalidades observadas nos genótipos de triticale oriundos do
Programa de Melhoramento Genético da Embrapa Trigo. a, b) Metáfase I com
cromossomos em ascensão precoce; c) Anáfase I com cromossomos retardatários; d)
Anáfase I com pontes cromossômica; e) Telófase I com pontes cromossômica f, g)
Prófase II com aderência cromossômica; h) Metáfase II com cromossomos em
ascensão precoce; i, j) e k)Anáfase II com cromossomos retardatários; l) Tétrade com
micronúcleos. Barra = 5 um............................................................................................23
FIGURA 02. Diferentes padrões apresentados pelos grãos de pólen dos genótipos de
Triticale oriundos do Programa de Melhoramento Genético da Embrapa-Trigo: a) grão
de pólen viável indicado pela cabeça de seta e grãos de pólen inviável indicado pela
seta;
b)
grãos
de
pólen
de
diferentes
tamanhos.
Barra
=
5
um...................................................................................................................24
FIGURA 03. Hibridização genômica in situ (GISH) em célula de triticale (2n = 6x = 42),
genótipo BRS Minotauro, usando DNA de centeio como sonda (verde) e de trigo como
bloqueio. Os cromossomos foram contra-corados com DAPI (azul). Em seguida, os
mesmos foram corados com FITC. As setas representam os 14 cromossomos
derivados do centeio.......................................................................................................26
FIGURA 04. Hibridização genômica in situ (GISH) em célula de triticale (2n = 6x = 42),
genótipo Embrapa 53, usando DNA de centeio como sonda (verde) e de trigo como
bloqueio. Os cromossomos foram contra-corados com DAPI (azul). Em seguida, os
mesmos foram corados com FITC. A seta representa uma possível translocação
cromossômica entre cromossomos de trigo e centeio...................................................26
LISTA DE TABELAS
TABELA 01. Porcentagem de células que apresentaram irregularidades nas fases da
meiose dos genótipos de triticale oriundos do Programa de Melhoramento Genético de
triticale da Embrapa Trigo..............................................................................................21
TABELA 02. Teste F de Fisher para as medias de anormalidades encontradas nas
fases da meiose para cada genótipo. Nesta tabela estão representados apenas os
valores que apresentaram diferença significativa (P>0.05)............................................22
TABELA 03. Porcentagem de grãos de pólen viáveis dos seis genótipos analisados
oriundos do Programa de Melhoramento Genético de triticale da Embrapa Trigo. A
tabela apresenta os valores calculados pela média das seis repetições analisadas para
cada geração..................................................................................................................24
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................01
1.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................02
1.1.1 Triticale: Origem e Evolução..........................................................................02
1.1.2 Distribuição geográfica, Produtividade e Utilização....................................03
1.1.3 Citogenética.....................................................................................................05
1.1.4 Citogenética Aplicada ao Melhoramento Genético......................................08
1.1.5 Hibridização in situ .........................................................................................10
2. OBJETIVOS...............................................................................................................13
2.1 Objetivo Geral.....................................................................................................13
2.2 Objetivos Específicos........................................................................................13
3. MATERIAL E MÉTODOS...........................................................................................14
3.1 Material Vegetal..................................................................................................14
3.2 Obtenção de Material para as Análises Citogenéticas...................................15
3.3 Análises Citogenéticas......................................................................................16
3.3.1 Comportamento meiótico....................................................................16
3.3.2 Viabilidade Polínica..............................................................................16
3.3.3 Hibridização in situ...............................................................................17
3.3.3.1 Extração de DNA para sonda e bloqueio..................................17
3.3.3.2 Clivagem do DNA bloqueio.......................................................17
3.3.3.3 Marcação da sonda...................................................................17
3.3.3.4 Germinação das sementes, coletas e pré-tratamento..............18
3.3.3.5 Preparação das lâminas...........................................................18
3.3.3.6 Tratamento das lâminas............................................................19
3.3.3.7 Hibridização in situ....................................................................19
3.3.3.8 Captura das imagens................................................................20
3.4 Análises Estatísticas..........................................................................................20
4. RESULTADOS.......................................................................................................21
4.1 Comportamento Meiótico........................................................................21
4.2 Viabilidade Polínica.................................................................................24
4.3 Hibridização in situ..................................................................................25
5.DISCUSSÃO...........................................................................................................27
5.1 Comportamento Meiótico........................................................................27
5.2 Viabilidade Polínica.................................................................................30
5.3 Hibridização in situ..................................................................................31
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................33
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................35
1
1. INTRODUÇÃO
O Triticale (X Triticosecale Wittmack) é um híbrido criado artificialmente pelo homem
com o objetivo de unir as características mais favoráveis de cada espécie parental, o
trigo e o centeio. O trigo (Triticum sp.), seu parental masculino, contribui com a alta
capacidade de produção e o centeio (Secale cereale), seu parental feminino,
contribuiu com a rusticidade e elevado nível proteico. Este cereal foi criado em 1888
e desde então tem apresentado importante crescimento de seu cultivo no mundo. O
triticale pode apresentar número cromossômico n=42 (hexaplóides) e n=56
(octaploides). O triticale pode ser utilizado na alimentação humana como farinha
para confecção de biscoitos e pães, mas sua maior utilização está voltada para a
alimentação animal, tanto na forma de forragem como na forma de ração.
O triticale é um alopoliploide originado da hibridação de duas espécies.
Embora muitos alopoliploides cultivados sejam férteis, adaptados e geneticamente
estáveis, os poliploides mais recentes, naturais ou artificiais, podem apresentar alta
instabilidade meiótica, esterilidade e alta frequência de aneuploides em suas
progênies. Estas anormalidades podem prejudicar a fertilidade polínica, acarretando
em baixa produção. Uma das possíveis causas para a presença de anormalidades
no processo meiótico é que o genoma do Triticale é composto pelo genoma
completo dos seus dois parentais, porém o genoma do centeio apresenta um
processo mais rápido de divisão celular, causando desequilíbrio no ciclo de divisão
meiótico do Triticale. Essa instabilidade pode levar a anormalidades genéticas e/ou
aberrações cromossômicas resultando na formação de plantas atípicas, machoestéreis ou incapazes de produzir grãos de pólen.
Como a demanda por alimentos vem crescendo no mundo e o triticale
conquistando seu espaço dentro das culturas utilizadas na alimentação, é
necessário que programas de melhoramento genético atuem produzindo cultivares,
mais estáveis e com melhores características agronômicas. Para tanto uma
importante ferramenta a ser utilizada é a citogenética. Nos Programas de
melhoramento genético vegetal a citogenética permite verificar a presença de
anormalidades meióticas, analisar o nível de esterilidade polínica e inferir sobre a
estabilidade genômica em cultivares e linhagens de forma simples, e com baixo
custo. Para o melhorista estes dados são essenciais para o planejamento de
cruzamentos a fim de obter cultivares estáveis.
A
citogenética
também
se
mostra
uma
ferramenta
importante
no
2
entendimento das bases evolutivas deste híbrido artificial criado pelo homem e que
está ainda adaptando a sua estrutura genética.
1.1 REVISÃO DE LITERATURA
1.1.1 Triticale: Origem e Caracterização
O Triticale (X Triticosecale Wittmack) é o primeiro híbrido intergenérico resultado do
cruzamento artificial entre duas espécies pertencentes a gêneros diferentes: trigo
(Triticum spp.) como parental masculino e o centeio (Secale cereale) como parental
feminino. É considerado o primeiro híbrido artificial, pois obteve sucesso em unir os
principais atributos das duas espécies parentais: alta produtividade e valor
energético do trigo, e resistência a estresses ambientais e elevado nível proteico do
centeio (OETLLER, 2005).
O primeiro registro na Sociedade de Botânica de Edimburgo deste híbrido foi
dado em 1875 na Escócia por Alexander Stephen Wilson, porém a primeira
referência existente sobre triticales férteis foi encontrada datada de 1888 por
Wilhelm Rimpau (RIMPAU, 1891). Lelley (1992) cita que as análises citogenéticas
realizadas no primeiro híbrido de triticale, produzido por Rimpau, revelou que este
era octaploide e apresentava 56 cromossomos (2n=8x=56), derivado do cruzamento
de uma espécie de trigo hexaploide com uma de centeio diplóide.
Com relação a nomenclatura da nova espécie vários pesquisadores
sugeriram diferentes nomes: Wittmack (1899) sugeriu a combinação dos gêneros
parentais. Porém somente em 1971 Baum sugeriu que o nome correto para o híbrido
intergenérico deveria ser Triticosecale Wittmack e assim foi registrado no Código
Internacional de Nomenclatura Botânica. Como nome comum, Oehler (1931)
recomentou “triticale”, designação aceita e utilizada até hoje em todo mundo.
A realização de vários cruzamentos entre trigo e centeio visando a obtenção
de novos híbridos, resultou na formação de triticales com diferentes níveis de ploidia.
Com relação a citotaxonomia, o triticale é classificado em octaploides, hexaploides e
tetraploides. Os triticales octaploides são originados do cruzamento de trigo
hexaploide (2n=6x=42) e centeio diploide (2n=2x=14), resultante em um híbrido com
número cromossômico igual a 56 (2n=8x=56; AABBDDRR). Os híbridos hexaploides
3
(2n=6x=48; AABBRR) são resultado do cruzamento entre trigos tetraploides
(2n=4x=28) e centeios diploides (2n=4x=14). Híbridos com número cromossômico
igual
a
28
também
foram
desenvolvidos
experimentalmente,
porém
não
apresentaram boas características agronômicas em relação aos outros níveis de
ploidia. Baum (1971) sugeriu a classificação dos triticales hexaploides em primários
e secundários. Triticales primários são resultados imediatos do cruzamento de trigo e
centeio. Porém estudos de comportamento realizados com estes genótipos
mostraram que não apresentavam um bom rendimento agronômico, pois a falta de
interação entre os genomas do trigo e centeio influencia na expressão fenotípica do
triticale (OETTLER et al., 1991; LELLEY, 1992). São considerados triticales
secundários os genótipos resultantes do cruzamento de genótipos de triticales
primários com trigo ou centeio. Estes cruzamentos são realizados com o objetivo de
eliminar algumas características apresentadas pelos triticales primários, como alta
instabilidade durante o processo meiótico e baixa produtividade (WOLSKI, 1990).
O triticale apresenta características fenotípicas similares ao trigo e ao centeio
e podem apresentar hábitos de crescimento de inverno ou primavera. Normalmente
as espigas apresentam uma cerosidade que confere uma coloração arroxeada
(ROYO, 1992).
Quanto à forma de reprodução o triticale é considerado como uma espécie de
autopolinização, porém considerando que é originado do cruzamento de uma
espécie com autopolinização e outra com polinização cruzada, pode apresentar
diferentes níveis de polinização cruzada (OETLLER, 2005).
1.1.2 Distribuição geográfica, produtividade e utilização
A evolução do triticale como um cereal comercial é considerada lenta até 1980.
Desde então a média anual de produção mundial era de 150.000 toneladas por ano,
chegando a apresentar 11 milhões de toneladas em 2002. Neste mesmo ano, outros
cereais como sorgo, aveia e centeio apresentaram aproximadamente 21 milhões de
toneladas. No entanto, quando comparado ao triticale estes cereais apresentaram
um decréscimo na produção nos últimos quinze anos (FAO, 2003).
A área cultivada com triticale no mundo expandiu-se consideravelmente: o
que até 1980 era de aproximadamente 638.042 ha, expandiu-se para 3.356.778 ha
em 2004 (KULEUNG et al., 2006). Em 2002 aproximadamente 88% do triticale era
4
produzido na Europa, principalmente na Alemanha, Polônia e França, 9% na Ásia e
3% na Oceania (FAO, 2003). No entanto, a partir disso, iniciou-se um crescimento de
produção nas Américas. Dados da FAO (2009) mostram que em 2008 a produção
mundial
chegou
a
12,7
milhões
de
toneladas,
sendo
a
área
plantada
aproximadamente 3,7 milhões de hectares atingindo valores de 14 milhões de
toneladas em 2012 (FAO 2013). A Europa destaca-se como principal região de
cultivo, com produção superior a 1,8 milhões de toneladas. O principal produtor é a
Polônia com 4,1 milhão de hectares colhidos, sendo que os seis maiores países
produtores, com área superior a 300 mil hectares colhidos, contabilizam juntos,
cerca de seis milhões de hectares. O Brasil encontra-se na 12a posição (FAO, 2013).
No Brasil o cereal foi introduzido em 1961, pelo Instituto de Pesquisas e
Experimentação Agropecuárias do Sul (IPEAS), através de uma pequena coleção de
triticales octaploides (2n=56), originária do Canadá. As plantas apresentaram
desenvolvimento vigoroso e resistência às doenças foliares, porém eram muito
tardias, altas e estéreis. O cultivo de triticale difundiu-se primeiro no planalto do
estado Rio Grande do Sul (RS) em 1982, em pequena área de 30 hectares, depois,
no centro e no sul dos estados de Santa Catarina (SC) e do Paraná (PR). A partir de
então a área aumentou substancialmente, ultrapassando os 130 mil hectares em
2004 (NASCIMENTO JUNIOR et al., 2005), sendo cultivado também nos estados do
Mato Grosso do Sul (MS), São Paulo (SP), Minas Gerais (MG) e Goiás (GO).
No Brasil, no período compreendido entre os anos de 2000 e 2004 houve
estabilização em torno de 109 a 126 mil hectares, com um máximo registrado no ano
de 2005 com 134.868 hectares efetivamente colhidos. A partir de 2007 a área no
Brasil decresceu para abaixo de 100 mil hectares, tendo em 2008 a menor safra dos
últimos oito anos contabilizando 75.640 hectares. O destino do grão colhido sofreu
alterações nesse mesmo período. Inicialmente, exclusivamente utilizado para a
alimentação animal, foi aos poucos sendo utilizado na alimentação humana
(CONAB, 2010).
Mais recentemente o cultivo de triticale está sendo deslocado das regiões
tradicionais (frias) para as novas fronteiras agrícolas dos cerrados do sudeste do
País. O Paraná e São Paulo são principais estados produtores seguidos pelo Rio
Grande do Sul e Santa Catarina.
O triticale está se tornando mais importante na agricultura global, para a
alimentação humana e animal e mais recentemente, para a produção de
5
biocombustível (etanol) e o entendimento de sua diversidade genética é essencial
para o melhoramento (KULEUNG et al., 2006) e de modo geral, a base genética de
triticale disponível deve ser ampliada (DARVEY, 1986).
Conforme Royo (1992) o triticale pode ser usado para a alimentação humana
na forma de pão, biscoitos ou massas alimentícias. Já o uso animal, na forma de
grão de duplo propósito. Porém, de acordo com Pérez e colaboradores (2003) em
geral o triticale não é uma boa matéria-prima para produção de pães. Conforme
Peña (2004) o uso de triticale na produção de pães parece mais plausível em
misturas de farinha de trigo-triticale, pois pães fermentados, com atributos de
qualidade bastante aceitáveis, podem ser preparados com mesclas de farinha de
trigo-triticale contendo até 40% de triticale (LORENZ & ROSS, 1986; BAKHSHI et al.,
1989; PEÑA & AMAYA, 1992; NAEEM et al., 2002).
O triticale é usado principalmente, como ração animal, uma vez que é
produzido no inverno, período de baixa disponibilidade de forragem. É, portanto
utilizado como fonte para produzir carne, leite e ovos, dando aos produtores à
possibilidade de adicionar valor a produção da sua propriedade. O consumo de grão
para ração no Brasil tem sido à base de milho (97%). O triticale possui três a quatro
vezes mais proteína bruta que o milho, o que permite ao produtor reduzir outras
fontes proteicas, como farinha de soja na formulação da ração, reduzindo assim os
custos de produção animal (NASCIMENTO JUNIOR et al., 2004; WHEELER &
SAUNDERS, 2009).
1.1.3 Citogenética
A Citogenética é o estudo da morfologia, organização, variação e evolução dos
cromossomos e heranças genéticas por meio de análises citológicas. A princípio
seus objetivos eram voltados para o estudo de bases cromossômicas e moleculares
que explicam os fenômenos da hereditariedade e suas alterações aplicadas á
medicina, pecuária e agricultura. Atualmente se tornou fundamental para estudos de
outros campos como a taxonomia, a bioquímica e em programas de melhoramento
animal e vegetal (ROBERTIS, 2003).
O estudo da Citogenética baseia-se nos eventos de mitose e meiose. Pode-se
definir mitose como sendo o evento de divisão celular, onde uma célula forma duas
outras idênticas. A meiose ocorre nos organismos de reprodução sexuada, no qual
6
em animais uma célula gamética dá origem a quatro gametas haploides, com o
número cromossômico reduzido a metade. Já em plantas uma célula mãe de
esporos dá origem por endomitose a quatro gametas haploides, com número
cromossômico reduzido.
A meiose é um processo de divisão celular, que compreende uma série de
eventos envolvendo o pareamento de cromossomos homólogos, permuta gênica,
formação de quiasmas e segregação cromossômica. Todo o processo é regulado por
vários genes, porém a sequência dos eventos envolvidos na meiose pode ser
interrompida
pela
ação
de
alelos
mutantes
que
interferem
alterando
o
comportamento dos cromossomos e o produto final da meiose (JUNQUEIRA FILHO
et al., 2003, RISSO-PASCOTTO et al., 2003, TOMÉ, 2004).
Nas angiospermas a meiose ocorre em células específicas: nas anteras
ocorre nas células mãe de pólen e nos ovários nas células mãe de micrósporos.
Estas células sofrem duplicação do DNA e duas divisões seguidas: a meiose I e a
meiose II. A meiose I compreende as fases: prófase I, metáfase I, anáfase I, telófase
I. Na prófase I, dividida em outras cinco fases, os cromossomos tornam-se
condensados, podendo ser visualizados na forma de bivalentes. Nesta fase ocorre a
permuta gênica, ou crossing-over, que amplia e diversifica a variabilidade genética
entre indivíduos da mesma espécie. A meiose II também é dividia em quatro fases:
na prófase II ocorre a condensação das cromátides-irmãs, para que na metáfase II,
todos os cromossomos se alinhem na placa equatorial da célula.
Todos os eventos da meiose são geneticamente controlados. Mutantes
meióticos descritos em plantas têm revelado que o processo meiótico é controlado
por um grande número de genes que operam em ordem hierárquica (RISSOPASCOTTO et al., 2003). Quando a célula começa seu ciclo é possível a
observação dos cromossomos cuja fase é a mais indicada para a análise
citogenética.
Com
o
número
exato
de
cromossomos
e
observação
do
comportamento meiótico é possível caracterizar a espécie e inferir sobre sua
evolução e relações filogenéticas, além de auxiliar no desenvolvimento de trabalhos
de melhoramento genético (MONDIN & NETO, 2006).
Em vários estudos sobre a divisão meiótica em plantas constatou-se que esta
é um evento de elevada estabilidade evolucionária. Se mutações ou alterações
ocorrerem nos genes que controlam a meiose, possivelmente causará determinadas
anormalidades meióticas. Consequentemente, comprometerá a fertilidade da planta,
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podendo assim ser transmitido aos descendentes. Essas alterações no material
genético afetarão a adaptação do individuo e de sua descendência. Estas
anormalidades estão sendo descritas em diversas espécies principalmente nas de
interesse agronômico (PAGLIARINI, 2001; HAYES; IMMER; SMITH, 2009).
Segundo Lelley (1992), a instabilidade meiótica pode afetar o pareamento dos
cromossomos homólogos, a condensação cromossômica, a formação de quiasmas,
a segregação dos cromossomos, entre outros. A instabilidade meiótica pode causar
aneuploidia, sendo que o primeiro relato de plantas aneuploides em triticale foi
descrito por Lebedeff em 1934. O mesmo encontrou plantas octaploides com
número cromossômico inferior a 56 (FALCÃO, 1978). Sisodia & Mcginnis (1970)
sugeriram a existência de variação herdável para a estabilidade meiótica em triticale,
onde a progênie, com raras exceções, mostra frequências de anormalidades muito
semelhantes àquelas apresentadas pela planta mãe.
Segundo Shkutina & Khvostova (1971) o genoma do centeio e do trigo são
diferentes ocorrendo um atraso no processo de divisão. Essa instabilidade quando
associada a anormalidades genéticas e/ou aberrações cromossômicas resultam na
formação de plantas atípicas, macho-estéreis ou incapazes de produzir grãos de
pólen. Estes dados corroboram com os resultados obtidos por Riley (1960), o qual
sugeriu que a instabilidade, no triticale, está associada à duração do ciclo meiótico.
O triticale é um alopoliploide originado da hibridação de duas espécies
diferentes. Embora muitos alopoliploides cultivados sejam férteis, adaptados e
geneticamente estáveis, os poliploides mais recentes, naturais ou artificiais, podem
apresentar alta instabilidade meiótica, esterilidade e alta frequência de aneuploides
em sua progênie (LEITCH & BENNETT, 1998; RAMSEY & SCHEMSKE, 1998). A
poliploidia é um dos processos evolutivos com maior efeito sobre as plantas,
representando um dos principais mecanismos de especiação (RAMSEY &
SCHEMSKE, 1998). Cerca de 80% das espécies de angiospermas são poliploides, o
que evidencia como este mecanismo é importante para a evolução das mesmas
(LEITCH & BENNET, 1998). As implicações genéticas e evolutivas da poliploidia
representam importantes fontes de variabilidade genética. Organismos poliploides
tem maior facilidade em gerar recombinação e consequentemente adaptação e
manutenção da diversidade genética dentro de uma população (ZIOLKOWSKI,
BLANC & SADOWSKI, 2003).
Essas mudanças que ocorrem na constituição dos genomas de alopoliploides