Melhoramento genético da mangueira Melhoramento - Esalq

Programa de P
ós-Graduação em
Pós-Graduação
Gen
ética e Melhoramento de Plantas
Genética
LGN
LGN 5799
5799 –– SEMINÁRIOS
SEMINÁRIOS EM
EM GENÉTICA
GENÉTICA E
E MELHORAMENTO
MELHORAMENTO DE
DE
PLANTAS
PLANTAS
Melhoramento gen
ético da mangueira
genético
Doutoranda: Michelle da Fonseca Santos
Orientador: José Baldin Pinheiro
Departamento de Genética
Avenida Pádua Dias, 11 – Caixa Postal 83, CEP:13400-9710 – Piracicaba – São Paulo – Brasil
Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 – Fax: (0xx19) 3433-6706 – http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
A Mangicultura no Brasil
3%
4%
54%
54%
15%
2%
6%
14%
Fonte: IBGE, 2008
Figura 1. Principais Estados produtores de manga no Brasil em 2006.
A Mangicultura no Brasil
Produção (mil t/ano)
1.400
1.217
1.200
1.000
800
600
842
483
488
536
526
581
1
1990
2
1992
3
1994
4
1996
5
1998
950
667
400
200
0
6
2000
7
2002
8
2004
9
2006
Figura 2. Evolução da produção de manga no Brasil no período de 1990-2006.
Fonte: IBRAF e IBGE, 2008
A Mangicultura no Brasil
Exportações(t) / ano
140.000
120.000
100.000
80.000
60.000
40.000
20.000
0
1982
1
1988
2
1994
3
1999
4
2000
5
2006
6
Figura 3: Exportações brasileiras de manga no período de 1982 a 2006.
Fonte: IBRAF, 2008
Principais importadores :
América do Norte e Comunidade Européia (Souza et al., 2002)
Origem
Uma das mais importantes frutas tropicais
Classificação de Vavilov (1950)
Originária do segundo grande Centro (Indiano)
Indico-Burma-Tailandês
Indiana
(monoembriônica)
Ah Ping
Filipínico-Leste-Timor
Filipínica ou Indo-chinesa
(poliembriônica)
Man Doc Mai
Taxonomia
Classe - Dicotiledônea
Família - Anacardeaceae
Gênero - Mangifera
69 espécies (Bompard, 1993)
Principal espécie – Mangifera indica
Outras espécies com frutos comestíveis:
M. altissima
M. caesia
M. macrocarpa
M. lagenifera
M. sylvatica
M. odorata
Taxonomia
Mangifera indica
Raça indiana
Hibridação intra-racial
X
Raça Indochinesa
Hibridação intra-racial
Hibridação inter-racial
Milhares de variedades distribuídas em todo mundo
Figura 4. Diagrama da espécie Mangifera indica com suas raças e híbridos
inter e intra-raciais (São José, 1996).
Dispersão
Obstáculo: longevidade das sementes (recalcitrantes)
Entre os Trópicos de Câncer e Capricórnio
latitudes: 20ºN a 20ºS (Mukherjee, 1985)
20º N
20º S
Temperatura ótima: 24 a 30ºC
Biologia Floral
Inflorescência: panícula (6 - 9 meses de idade)
Flor monoclina (perfeita)
Fonte: Ian. S. E. Bally, 2006
Flor estaminada (masculina)
Fonte: Juliana H. de Souza, 2004
Polinização
Diptera (moscas) – 51,6%
Lepidoptera – 33%
Figura 5. Moscas visitando flores de manga.
Fonte: Juliana H. de Souza, 2005
Polinização
Fator limitante (monoembriônicas)
Plantas poliembriônicas
Embriões nucelares: fecundação e vingamento
dos frutos sem polinização
Incompatibilidade
Auto-incompatibilidade parcial ou completa
(Sharma & Singh, 1970; Ram et al., 1976; Pinto et al., 2002).
Auto-incompatibilidade do tipo esporofítica
(Mukherjee et al., 1968)
Vingamento de Frutos
Baixo vingamento de frutos
no máximo 35% das flores são polinizadas
~ 0,01% o número de frutos no estande final
grande número de flores perfeitas não são polinizadas
alto número de flores masculinas na panícula
pequeno número de pólen por antera (fator genético)
deficiência de B (fator nutricional)
temperatura abaixo de 16oC
Retenção de Frutos
“Cabeça-de-alfinete”
> percentual de queda (67%)
“Bola de gude”
a queda de 22% dos frutos vingados
“Bola de bilhar”
percentual de queda inferior a 1%
Embrionia
Mangas monoembriônicas
1 embrião zigótico
Mangas poliembriônicas
1 ou mais embriões
Fonte: Rossetto, C. J.
Manga poliembriônica
porta-enxerto
Poliembrionia
Herança mono ou poligênica – gene recessivo
(Leroy, 1947; Sturrock, 1968)
Herança monogênica – gene dominante (Aron et al., 1998)
Embrionia
Germinação de
semente
monoembriônica
Semente poliembriônica
germinada
Fonte: Rossetto, C. J.
Citogenética da Mangueira
Alopoliplóide - anfidiplóide (alógama)
Mangifera indica - 2n=40
Plantas tetraplóides - 2n=80 (Singh, 1969)
Utilização de outras espécies do gênero Mangifera
Obtenção de híbridos interespecíficos
EX: Mangifera caesia
produção fora da época normal de colheita da M. indica
Obtenção de progênies em épocas cujos preços sejam
mais vantajosos para o produtor
Melhoramento Genético
Base comercial da mangicultura brasileira
poucas cultivares (todas de origem americana)
Tommy Atkins - 80% da área plantada (+ exportada)
alta produtividade
boa capacidade de adaptação a diferentes ambientes de cultivo
> tolerância a certas doenças
cor de casca atraente e boa conservação pós-colheita
alta suscetibilidade à malformação e ao
colapso interno da polpa
sabor regular / alternância de produção
Cultivo monoclonal
Pinto et al. 2005
Melhoramento Genético
Outras cultivares plantadas no Brasil
Keitt
Van Dyke
Haden
Palmer
Kent
Rosa
Tabela 1 . Principais coleções de germoplasma de manga existentes no mundo
País
Austrália
Bangladesh
Brasil*
Colômbia
Costa Rica
Cuba
Fiji
Índia
Indonésia
Jamaica
Malásia
México
Moçambique
Nicarágua
Peru
Filipinas
Portugal
África do Sul
Espanha
Taiwan
Tailândia
USA
Venezuela
Instituição
DPI
BARI
Várias
Corpoica
Várias
DICF
Várias
IIHR
Várias
RDD/MA
MARDI
Várias
INIA
Várias
Várias
UPLB
DP/NARS
CSFRI
ICCRAT
TARI
Várias
Várias
FONAIAP
M. indica
63
107
407
59
51
350
143
1100
292
63
111
143
119
54
81
343
100
117
59
176
294
461
140
Mangifera sp.
1
6
9
9
34
4
-
Avaliação
Parcial
Em desenv.
Em desenv.
Em desnv.
Parcial
Em desenv
Em desenv.
Em desenv.
Parcial
Em desenv.
Em desenv.
Em desenv.
Parcial
Parcial
Parcial
Em desenv.
Parcial
Parcial
Parcial
-
Disponibilidade
Disponível
Parcial
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
-
Adaptado de Bettencourt et al. 1992. *Dados atualizados pelos autores
Coleções e Bancos Ativos de Germoplasma
Maior coleção - Instituto de Pesquisa Hortícola da Índia
Brasil
c
v Embrapa/Cpatsa (Petrolina-PE) – 105 acessos
c
IAC/APTA (Pindorama-SP) ~ 90 acessos
v
c
v Embrapa/CPAC (Planaltina-DF) – 72 acessos
c
v Unesp/FACVJ (Jaboticabal-SP) – 60 acessos
c
v UFV (Viçosa-MG) – 17 acessos
Manutenção
Campo na forma clonal (3 a 5 plantas/acesso)
Programa de melhoramento da manga
Embrapa Cerrados
Início – 1983
Campo experimental em Planaltina - DF
Objetivo:
obtenção de cultivares com características superiores
c
v
c
v
c
v
c
v
Resistência às principais doenças e desordens fisiológicas
Baixo porte
Produtividade
Melhor qualidade da fruta para o mercado de consumo
Pinto et al., 2000 ; Cordeiro et al., 2005
Embrapa Cerrados
Figura 6. Organograma de execução das etapas do programa
de melhoramento de manga
Embrapa Cerrados
Introdução
78 cultivares de diferentes países e regiões
Manutenção de uma coleção ativa
c
v Mínimo de 4 plantas/variedade (número de acesso)
c
Variedades com 2 características negativas marcantes
v
Não devem ser mantidas na coleção!!!
Seleção de parentais (seleção fenotípica)
Seleção recorrente ou individual
c
v Plantas de porte anão
c
Alta produtividade e regularidade de produção
v
c
v Elevada qualidade comercial dos frutos
c
v Resistência a pragas e doenças
Pinto, 1995 e 2001
Embrapa Cerrados
Polinização controlada ou manual
Técnica Antiga de Hibridação
Polinização em muitas flores/panícula e poucas panículas/planta
1981 a 1983 - Técnica de Mukherjee et al. (1961)
Polinização em poucas flores/panícula e muitas panículas/planta
Pinto, 1995 e 2001
Embrapa Cerrados
1984 - Aperfeiçoamento da Técnica de Mukherjee
c
Perfuração dos sacos plásticos que envolvem as panículas
v
c
Escalonamento na abertura das anteras a campo
v
c
v Seleção de flores na parte interna da ráquis floral
c
v 1 flor masculina para polinizar 2 flores hermafroditas
c
Pulverização semanalmente com água e/ou calda fúngica das
v
flores usadas nos cruzamentos
c
Ensacamento dos frutos híbridos resultantes
v
Pinto, 1995 e 2001
Embrapa Cerrados
Tabela 2 – Comparação da eficiência de técnicas de hibridação de
manga no período de 1946 a 1999.
Técnica e Período
Técnica antiga
(1961-1985)
Técnica de Mukherjee
(1961-1985)
Técnica da
Embrapa/CPAPC
Flores polinizadas
(Quantidade)
Híbridos Obtidos
Quantidade
%
17512
108
0,62
95911
1408
1,47
4,53%
27300
1638
6,00
(1986-1999)
Fonte: Pinto, 2001
Embrapa Cerrados
Técnica de recuperação de copa (Pinto, 1987) - multicopa
Montículos de esterco
de galinha
Proliferação de moscas
domésticas
(polinizadoras)
Policruzamento
Variedades com épocas de florescimento diferentes
indução floral (sincronia de abertura das flores)
Pinto, 2001
Embrapa Cerrados
Cruzamento aberto
Técnica do quadrado latino
100 frutos
Probabilidade máxima de 50%
de uma variedade na herança de
uma determinada característica
Área da colheita dos frutos
Variedades com características
desejáveis
Pinto, 2001
Figura 7. Desenho esquemático mostrando a área
experimental de manga em quadrado latino
ARTIGO
Cordeiro, et al. 2006. RAPD markers utilization and other parameters in the determination
of mango hybrids genitors.
genitors Revista Brasileira de Fruticultura, v.28, n. 2, p.164-167.
M1 e M2
R M K A T M1 M2
Figura 8. Desenho esquemático mostrando a área
experimental de manga em quadrado latino. /
demonstra a face de Mallika onde foram colhidos
os frutos.
Figura 9. Produtos de amplificação RAPD com os
5 possíveis parentais e os 2 híbridos analisados
utilizando o primer decâmero OPE15
ARTIGO
Cordeiro, et al. 2006. RAPD markers utilization and other parameters in the determination
of mango hybrids genitors.
genitors Revista Brasileira de Fruticultura, v.28, n. 2, p.164-167.
Tabela 3. Índice de similaridade genética entre progenitores e
híbridos obtido pelo coeficiente de similaridade de Nei & Li (1979)
baseado na matriz binária de 134 bandas de RAPD.
Progenitores/híbridos
M1
M2
Roxa
0,77
0,90
Mallika (mãe)
0,84
0,91
Keitt
0,75
0,77
Alfa
0,83
0,87
Tommy Atkins
0,83
0,88
ARTIGO
Cordeiro, et al. 2006. RAPD markers utilization and other parameters in the determination
of mango hybrids genitors.
genitors Revista Brasileira de Fruticultura, v.28, n. 2, p.164-167.
Tabela 4. Teste final para estimar prováveis parentais machos baseados
nos quatro parâmetros.
Híbridos
M1
M2
Possíveis Progenitores
Masculinos
Alfa
Tommy
Roxa
Keit
Alfa
Tommy
Roxa
Keit
Similaridade genética
1
1
0,5
0,25
0,75
0,75
1
0,25
Proximidade de planta
0,5
0,25
1
0,5
0,5
0,25
1
0,5
Época e taxa de
florescimento
1
1
1
0,25
1
1
1
0,25
Número de fragmentos
homólogos
1
0,5
0,5
0
1
0,25
0,75
0
Total
3,5
2,75
3,0
1,0
3,25
2,25
3,75
1,0
Valores: 1 (Probabilidade alta); 0,75 (provável); 0,5 (probabilidade média); 0,25 (baixa
probabilidade)
ARTIGO
Cordeiro, et al. 2006. RAPD markers utilization and other parameters in the determination
of mango hybrids genitors.
genitors Revista Brasileira de Fruticultura, v.28, n. 2, p.164-167.
RAPD é uma técnica eficiente para agregar
informações em teste de paternidade de
híbridos;
A eficiência da estimativa na identificação
parental aumenta utilizando-se os parâmentros
de similaridade genética, amplificação dos
fragmentos homólogos, época e taxa de
florescimento e proximidade das plantas.
Embrapa Cerrados
Avaliação, seleção e caracterização de progênies
Plantio com alto adensamento (4 x 2 m)
Indução floral – avaliação e seleção precoces
c
Eliminação
v
das progênies indesejáveis
Avaliação por 3 anos (no mínimo)
Pinto, 1995 e 2001
Embrapa Cerrados
Avaliação, seleção e caracterização de progênies
1º ano – 5% de intensidade de seleção (nanismo)
Correlação entre parâmentros morfológicos e fisiológicos
altura e comprimento de internódios
Densidade estomática e relação casca/xilema
Resistência ou tolerância a doenças e insetos
Pinto, 1994 e 2001
Embrapa Cerrados
Avaliação, seleção e caracterização de progênies
Parâmetros de crescimento da planta
c
Altura (m)
v
c
Perímetro do tronco (cm) a 20 cm do chão
v
c
Média do diâmetro (m) da copa entre
v
plantas e na linha das plantas
Parâmetros de rendimento de frutos
c
v Quantidade em número e peso total dos frutos colhidos (Kg)
Pinto, 1995
Embrapa Cerrados
Avaliação, seleção e caracterização de progênies
Características físico-químicas das frutas
c
v Peso do fruto (g)
c
v Forma do fruto
c
v Percentagem da casca, do
c
v Brix
c
v Acidez
c
v Relação brix/acidez (RBA)
caroço e da polpa
Produção e qualidade dos frutos
c
v Intensidade
de seleção de 2%
Pinto, 1995
ARTIGO
Costa, 2003. Estimativas de repetibilidade de alguns caracteres de produção em
mangueira.
mangueira Ciência Rural, v.33, n. 2, p.263-266.
Longo período juvenil
Mangueira
Alternância de produção
Coeficiente de repetibilidade
Tabela 5. Número de medições associado a vários coeficientes de
determinação (R2), com base na repetibilidade estimada para os caracteres
númrto total de frutos/planta (NTF), produção de frutos/planta (PFP) e peso
médio do fruto (PMF).
1
Caracteres
r
R2 = 0,851
R2 = 0,90
R2 = 0,95
NTF
0,51
6 (5,5)
9 (8,7)
19 (18,5)
PFP
0,53
5 (5,1)
8 (8,1)
17 (17,1)
PMF
0,81
2 (1,3)
3 (2,1)
5 (4,5)
Número aproximado (número calculado)
Embrapa Cerrados
Antes do lançamento da variedade
Liberação de própagulos para viveiristas idôneos
c
v Multiplicação
do material em larga escala
Plano de negócio pela instituição criadora
c
v Marketing
c
Nome
v
fantasia e código de registro da variedade
Pinto, 2001
Cultivar BRS Ômega para o Cerrado Brasileiro
Incidências
Mosca-das-frutas
Cultivar /
Híbrido
MA
Tommy Atkins
Heidi
A M
B
X
A M
B MB
X
CPAC 263/94
X
Presente
Ausente
X
X
X
X
X
X
X
X
S
X
X
CPAC 463/94
Colapso da Polpa
X
X
CPAC 165/93
CPAC 58/95
MA
X
BRS Ômega
CPAC 329/94
S
X
X
CPAC 22/93
MB
Malformação Floral
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Incidência de mosca-das-frutas: MA - ≥ 75%, A - 50% e 75%, M - 25% e 50%, B - 10 e 25%,
MB - até 10%, S - nenhum fruto atacado.
Incidência de malformação floral: MA - >50%, A - 30% e ≤50%, M - 10% e ≤ 30%, B - 5% e ≤ 10%,
MB - 1% e ≤ 5%, S - nenhuma panícula com malformação floral
Pinto et al., 2005
% da superfície do fruto ocupada
por lesões de antracnose
0
120
40
20
5,8
11
75
50
39
13
7,2
Van D
yke
Amrap
ali
103
CPA
58/95C
200
Kent
Tomm
y
Atkins
Ubá
240
Mallika
30
B S
ÔmR
ega
CPA
165/9C
3
CPA
81/93C
10
8,4
CPA
22/93C
CPA
165/9C
3
CPAC
263/94
CPAC
329/94
CPAC
463/94
345
Beta
400
Lita
0
Tomm
y
Atkins
B S
ÔmR
ega
100
Heidi
300
Alfa
Rendimentos (nº médio
de frutos/planta)
500
395 398
231
68
Pinto et al., 2005
46,9
35,7
34,6
21,8
15,6
10,2
Cultivar BRS Ômega para o Cerrado Brasileiro
Norte-americano (250 a 600g)
Peso do Fruto e Porcentagem de Rendimento
Cultivar / Híbrido
Fruto
Casca
Semente
Polpa
(g)
(g)
%
(g)
%
(g)
%
Tommy Atkins
580
116
20,0
46,0
8,0
418,0
72,0
Heidi
362
72
19,9
34,0
9,4
258,0
71,3
BRS Ômega
250
37
14,8
28,4
11,4
178,4
71,3
CPAC 22/93
271
49
18,1
30,2
11,1
196,8
72,6
CPAC 165/93
470
55
11,7
25,2
5,4
389,8
82,9
CPAC 263/94
550
87
15,8
35,4
6,4
485,4
88,2
CPAC 329/94
298
46
15,4
30,0
10,1
224,2
75,2
CPAC 463/94
452
65
14,3
36,6
8,1
350,6
77,5
CPAC 58/95
321
48
14,9
26,8
8,3
263,2
81,9
Europeu (300 a 450g)
BRS Ômega e seleções híbridas
Cor: amarelo-ouro a amarelo escuro
Sabor: bom a excelente
> 60%
Pinto et al., 2005
Programa de melhoramento da manga
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
Objetivos:
Selecionar variedades de “supermangas”
c
v Resistência múltipla às principais pragas e moléstias
c
v Ótima produtividade e qualidade das frutas
IAC 103 Espada Vermelha
Selecionar porta-enxertos resistentes ao fungo
Ceratocystis fimbriata, dentro da população da
variedade coquinho (Seleção Massal)
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
Copa
1º ciclo de seleção recorrente:
IAC 111
Alfa
Espada
Vermelha
Rosa
“Rosa de
Pernambuco”
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
Copa
2º ciclo de seleção recorrente:
c
Seleção
v
de pais: Alfa, IAC 111, Rosa e Espada Stahl
Alfa Alfa
IAC
111
Policruzamento
(Embrapa)
Alfa
IAC Alfa Alfa
111
Alfa Alfa Alfa
IAC Alfa
111
Alfa Alfa
Alfa
IAC
Alfa 111
Alfa Alfa Alfa
Combinações
específicas
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
1 a 1,5m de altura: resistência à seca-da-mangueira,
bacteriose, malformação, antracnose e oídio
Frutificação: resistência à mosca- das-frutas e qualidade das frutas
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
Copa
Materiais selecionados:
c
v Clonados
c
Testes
v
por enxertia
regionais: avaliar a regularidade de produção
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
Porta-enxertos resistentes:
2 anos: 2.000 sementes de Coquinho
Canteiro
~ 1.000 plantas (150 cm de altura)
Inoculação do fungo Ceratocystis fimbriata (3X)
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
90 dias após inoculação
c
Eliminação
v
Resistente
das plantas suscetíveis
Resistente
Suscetível
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
1a aplicação
do fungo
941 plantas
202 plantas
2a aplicação
do fungo
32 plantas
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
3 inoculações sucessivas do fungo (intervalo de 90 dias)
c
v Plantas
sobreviventes
frutificação
Seleção das plantas semelhantes à planta mãe
Teste finais:
c
v Verificar
c
Campo:
v
se os frutos fornecem plantas resistentes
verificar a produtividade que o porta-enxerto
confere às copas nele enxertadas
Perspectivas
Embriogênese somática e criopreservação
Variação somaclonal / seleção in vitro
Wu et al. 2007
Perspectivas
Seleção de clones dentro das variedades brasileiras
Biologia molecular
Identificação de cultivares
Diversidade genética
Mapeamento genético
Clonagem de genes
Transformação genética
Conservação de germoplasma in vitro
Informação pessoal do Dr. Carlos Jorge Rosseto, 2008 & Wu et al. 2007
Considerações finais
O melhoramento genético proporciona a geração
de cultivares com os atributos necessários e
assegura a competitividade da mangicultura
nacional;
A
associação
melhoramento
dos
métodos
genético
com
clássicos
as
de
modernas
técnicas de biologia molecular poderá acelerar o
desenvolvimento de cultivares.
OBRIGADA