Resistência Genética a Doenças em Plantas

Resistência Genética a Doenças em Plantas
Profa. Rosana Rodrigues
(LMGV, P4, Sala 110)
1807 – Prevost
doenças: agente
causal
carvão do trigo - fungo
Fins do séc. XIX – Smith
doenças - bactérias
O que é DOENÇA?
Limite entre normal/sadio anormal/doente
doença x injúria física ou química
doença x praga (afetam o
desenvolvimento)
Fatores ambientais - causas de
doença
PepYMV
Fenômeno biológico interfere em processos
fisiológicos da planta
Prejudicial
Processo contínuo ≠ injúria
Controle
$
O que é RESISTÊNCIA?
Doença= produto interação planta-patógeno
Planta resistente x baixo nível de doença
R e S - termos arbitrários (Padronização para
diferentes patossistemas)
Planta
Ambiente
Patogeno
Conceitos e sinonímia
Resistência raça-específica
Resistência raça não-específica
Resistência poligênica
Resistência de campo
Resistência de planta adulta
Resistência de seedling
Resistência Vertical
– Reação diferencial
Resistência Horizontal
– Reação não-diferencial
Resistência x herança da resistência
– Herança monogênica (qualitativa)
– Herança poligênica (quantitativa)
Um pouco de historia…
1905, 1911 - Biffen
– Redescoberta das Leis de Mendel*
– Trigo x ferrugem amarela - r recessiva
– variedades suscetíveis: ‘Michigan Bronze’ e ‘Red
King’
– variedade resistente: ‘Rivit’
– Polêmica - gerou outros trabalhos
– Herança monôgenica: maioria dos resultados
Interpretação dos resultados
1902, 1911 - Orton
– Primeiro relato de sucesso
– Incorporação de genes de resistência
– Resistência à murcha-de-Fusarium em melancia
cv. Eden x espécie silvestre → cv. Conqueror
S dominante - análise em F1 (R x S)
Herança da R:
– caupi x fusariose
– caupi x nematóide
– R → dominante ou recessiva
BRIGGS (1926)
– Resistência do trigo à cárie
‘Martin’
x
‘White Federation’
(Resistente)
(Suscetível)
0% Plantas doentes (PD)
71,8% PD
Geração F1 ....... 0% de PD
Geração F2 ........ 17,2% PD
Geração F3 ........ 73 famílias ATÉ 7,5% PD
....... 147 famílias 7,5 a 50% PD
....... 79 famílias > 50% PD
Proporção teórica: 1:2:1 (MM, Mm, mm)
Variação do patógeno - raças
Exemplos:
– Barrus (1911)
antracnose x feijoeiro - 1o caso conhecido
– McRostie (1921) - Tabelas
herança da R à C. lindemuthianum (raças)
– Flor (1942)
linho x Melampsora lini (Teoria gene-a-gene)
– Van der Plank (1963)
‘R Vertical’: efetiva contra uma ou poucas raças
‘R Horizontal’: efetiva contra todas as raças
Estudar RESISTÊNCIA A DOENÇAS EM
PLANTAS ??
–
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–
–
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–
Trigo resistente à ferrugem
Arroz resistente à brusone
Feijão resistente à antracnose
Milho resistente à helminthosporiose
Tomate resistente à fusariose
Café resistente à ferrugem
Resistência a múltiplas doenças:
– Arroz cv. Maravilha
– Trigo cv. EMBRAPA 120
– Soja cv. Patos de Minas
Genética da interação patógeno-hospedeiro
Doença biótica = patógeno x hospedeiro x ambiente
Caracteres patógeno e hospedeiro – DNA
Reação hospedeiro ao patógeno ( R ou S)→ genética
→permite melhoramento → plantas R
Década de 40: estudos sobre o grau de vir ou avr
(herança do tipo de infecção)
Patógenos → várias raças → diferem na habilidade de
infecção
Variedade ‘A’ + raça ‘x’ = Suscetível
Variedade ‘A’ + raça ‘y’ = Resistência
Raça ‘x’ →habilidade para infecção → genética
Variedade ‘A’ + raça ‘x’ = Suscetível
Variedade ‘B’ + raça ‘x’ = Resistência
Var ‘B’ → apta a se defender → característica genética
Tabela 6-2 (Agrios,1997)
Fonte: Agrios, 1997
Fonte: Borem, 2000
Conceito gene-a-gene
(Teoria de Flor)
“Para cada gene que confere avirulência no patógeno há um
gene correspondente no hospedeiro que confere resistência
e vice-versa.”
Patossistema: linho x ferrugem
– Demonstrado em outros patossistemas
– Fungos, bactérias, vírus, nematóides
– Insetos (!)
O conceito gene-a-gene
Co-existência:
– Plantas hospedeiras e seus patógenos → evolução
conjunta
– Mudanças na vir → balanceadas por alterações na R do
hospedeiro e vice-versa
↓
Mantém o equilíbrio dinâmico (R-vir)
Patógeno e hospedeiro sobrevivem certo tempo
Geralmente (nem sempre!):
– R são dominantes;
– S (= ausência de R) são recessivos ( r )
– Avirulência (A)
– Virulência ( a )
– Exemplos
Tabela 6-3
Figura 6-7
Tabelas de Flor
Genes de avirulência
Identificados por H. H. Flor (anos 50)
Isolado de bactéria (1984)
Isolado de fungo (1991)
Vários genes avr identificados
Fazem um patógeno incapaz de induzir doença numa
variedade específica do hospedeiro
– determinam o “alcance” de hospedeiros: espécie e
variedade
Exemplos de genes R
1992 - primeiro gene R
– Localizado
– Isolado
– Sequenciado
– Função descrita (nível molecular)
– Gene Hm1 (milho)
– Resistência à raça 1 do Cochliobolus carbonum
Em 1995:
– Doze genes R (gene-a-gene) → isolados,
sequenciados, transferidos e expressos em
outras plantas suscetíveis
gene Pto - R à P. syringae pv. tomato (tem
avrPto)
Cf2, Cf4 e Cf9
Quebra da Resistência
Novo gene de virulência
↓
surge por mutação de um gene de avr
↓
Evita o reconhecimento gene-a-gene
↓
R é quebrada→Melhoristas → Novos genes R
(reconhece o novo gene para virulência)
→Gerar variedades R a todas as raças que têm gene de avr
correspondente ao gene R...
– Até que novo gene vir surja
Melhoristas aplicam o conceito gene-a-gene (sempre que
introduzem R)
Novos genes R precisam ser identificados e introduzidos
com freqüência
Outros genes conferem R por vários anos
Resposta Hipersensível: corresponde ao sistema gene-agene ( R x avr )
Programas de Melhoramento
Sistema reprodutivo
Variabilidade genética
Escolha do método
Modelos Biométricos
Parâmetros genéticos:
– Herdabilidade, no. genes
Herança da resistência
Fontes de Resistência
Cvs. Resistentes
Custo/benefício (US): US$1.00/US$300.00
Aumento da produtividade média
Tecnologia acessível - barata
Não polui nem contamina o meio ambiente
Contribui para reduzir o uso de agrotóxicos
Tecnologia de fácil adoção - semente
Compatível com outras formas de controle
Possibilita a produção - doença limitante
Exemplo – Etapas (Programa de
melhoramento – classico+molecular
• Seleção dos parentais (Contrastantes,
polimórficos....)
• População segregante (Retrocruzamentos, F2,
Linhas recombinadas)
• Genotipagem (RAPD, AFLP, RFLP, SSR)
• Fenotipagem (ambientes, épocas, isolados....)
• Associação Fenótipo x Genótipo
ANOVA
Mapeamento