MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS

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1 MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS Disciplina: Docência Orientada Doutorandos: Danyela de Cássia S. Oliveira Eduardo Venske Carlos Busanello Orientadores: Antônio Oliveira

2 MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS OBJETIVOS: 1) MELHORAMENTO DE POPULAÇÕES Conduzir as populações para a máxima frequência de alelos favoráveis... 2) MELHORAMENTO DE GENÓTIPOS (LINHA PURA) Selecionar indivíduos superiores... 2

3 MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS Métodos sem hibridação a) Introdução de plantas b) Seleção de plantas individuais sem teste de progênie c) Seleção de plantas individuais com teste de progênie 3

4 MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS Métodos com hibridação a- Seleção massal b- Método de população c- Método genealógico d- método SSD e- Método da colméia f- Retrocruzamento g- Duplo haploide h- Seleção recorrente 4

5 FATORES A SEREM CONSIDERADOS Variabilidade genética Tipo herança (qualitativa / quantitativa) Efeitos gênicos (aditividade, epistasia ) Influência do ambiente Tamanho das populações / herdabilidade Método de seleção empregado Técnica e precisão das avaliações 5

6 FONTES DE NOVOS CULTIVARES 1) Introduções - Cultivares desenvolvidas em seus ambientes de origem, levadas para novo local. 2) A partir da hibridação e seleção - Realização de cruzamentos controlados e seleção das populações segregantes 3) Mutações - Naturais ou induzidas 6

7 TESTE DE PROGÊNIE 7

8 Definição de Teste de Progênie A seleção com teste de progênie: é a avaliação da constituição genética dos genitores com base no fenótipo de seus descendentes. Seleção com base no comportamento das progênies é mais eficiente que aquela realizada com base apenas no fenótipo de um indivíduo. Definido por Louis Vilmorin no final do século XIX, é um dos teste mais importantes do melhoramento genético de plantas. 8

9 Definição de Teste de Progênie A produtividade das plantas oriundas da semente de um genótipo selecionado é avaliada e a partir destas informações selecionados os melhores genitores. possibilita fazer avaliações em diferentes locais. reduzindo os erros oriundos da interação do genótipo x ambiente. necessita de duas gerações para completar um ciclo. 9

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12 Teoria das Linhas Puras

13 MÉTODOS QUE NÃO UTILIZAM HIBRIDAÇÃO a) Introdução de plantas b) Seleção de plantas individuais sem teste de progênie c) Seleção de plantas individuais com teste de progênie 13

14 a) Introdução de plantas Consiste: - Fonte de variabilidade em hibridações ou uso direto em uma dada região; - Testes para performance agronômica; - Multiplicação e liberação das melhores linhagens ao agricultores. 14

15 Esquema geral usado em estratégias de introdução de plantas Identificar fontes de germoplasma Ensaios de observação ou preliminares Fontes da variabilidade em hibridações Ensaios de rendimento Ensaios de adaptação Ensaios discriminatórios Ensaios de observação com repetição Registro da cultivar 15

16 b) Seleção de plantas individuais sem teste de progênie 1 a Geração x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Seleção de plantas individuais na população original. Mistura das sementes das plantas selecionadas. 2 a Geração Avaliação em ensaios com repetições. 3 a Geração Multiplicação e distribuição das sementes aos agricultores 16

17 Seleção de plantas individuais sem teste de progênie VANTAGENS: 1.Facilidade de condução e baixo custo operacional. 2.Permite uma rápido aumento da frequência de genótipos desejados. DESVANTAGENS: 1. Não é possível saber se as plantas selecionadas são devido a genética ou ambiente. 2. Só podem ser utilizados em ambientes onde as características se expressam. 3. Menor eficiência para caracteres de alta herdabilidade. 4. A variabilidade genética da população e esgotada rapidamente, e o ganho genético que pode ser alcançado é limitado. 17

18 c) Seleção de plantas individuais com teste de progênie 1 a Geração x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Seleção de plantas individuais na população original 2 a Geração x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Progênies das plantas selecionadas em parcelas individuais. Seleção entre parcelas. 3 a Geração 4 a Geração Multiplicação e distribuição das sementes aos agricultores Avaliação 18

19 c) Seleção de plantas individuais com teste de progênie VANTAGENS: 1. Eficiente para caracteres de baixa herdabilidade; 2. Permite saber se o potencial evidenciado é de efeito genético ou de ambiente DESVANTAGENS 1. Mais trabalhoso e de maior custo; 2. Não pode ser conduzido fora da área de cultivo ou em casa de vegetação. 19

20 2) MÉTODOS QUE UTILIZAM HIBRIDAÇÃO 20

21 MÉTODOS DE MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS Métodos com hibridação a- Seleção massal b- Método de população c- Método genealógico d- método SSD e- Método da colméia f- Retrocruzamento g- Duplo-haploide h- Seleção recorrente 21

22 MÉTODOS QUE UTILIZAM HIBRIDAÇÃO Etapas 1) Seleção de genitores 2) Hibridação 3) Seleção em populações segregantes e/ou avançadas 4) Teste das novas linhagens 5) Multiplicação e lançamento comercial 22

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27 MÉTODO MASSAL 27

28 MÉTODO MASSAL Histórico 1º Método de populações Descrição COMBINAR A SELEÇÃO DO AMBIENTE COM A SELEÇÃO ARTIFICIAL DESCRIÇÃO: Seleção das melhores plantas (fenótipo), estas irão compor um bulk para próxima geração. 28

29 MÉTODO MASSAL 29

30 F1 = F2 a F4 = MÉTODO MASSAL Casa de vegetação ou campo Semeadura em densidade normal de cultivo Colheita em bulk (todas sementes misturadas) F5 = Semeadura Planta espaçada Faz seleção artificial F6 = F7 = Plantas selecionadas semeadas em linha (Teste de progênie) seleciona as melhores linhas. Linhas selecionadas em F6 vão para ensaios de rendimento DHE Proteção da cultivar VCU Registrar da cultivar... Multiplicação...Distribuição de sementes 30

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32 1. Rápida execução e simples; MÉTODO MASSAL VANTAGENS 2. Eliminação de indivíduos com fenótipo indesejáveis, ou menos competitivos. DESVANTAGENS 1. Somente pode ser aplicado com êxito em caracteres com alta herdabilidade; 2. Seleção com base no fenótipo e não no genótipo. 32

33 MÉTODO POPULACIONAL 33

34 MÉTODO POPULACIONAL Também denominado Método Bulk. Utilizado para obtenção de cultivares em espécies de autofecundação Desenvolvido por Nilsson-Ehle para condução de população segregante do cruzamento de trigo resistente ao frio vs. trigo alta produtividade. Descrito por Newman (1912) 34

35 MÉTODO POPULACIONAL 35

36 MÉTODO POPULACIONAL 36

37 MÉTODO POPULACIONAL F1 = F2 a F4 = Casa de vegetação ou campo Semeadura em densidade normal de cultivo Colheita em bulk (todas sementes misturadas) F5 = Semeadura Planta espaçada Faz seleção artificial F6 = Plantas selecionadas semeadas em linha (Teste de progênie) F7= Linhas selecionadas em F6 vão para ensaios de rendimento DHE VCU... Multiplicação...Distribuição de sementes 37

38 Característica MÉTODO POPULACIONAL Forte ação da seleção natural nas gerações iniciais, eliminando genótipos inferiores e/ou não adaptados (menor capacidade competitiva) numa determinada condição de ambiente. Seleção artificial somente próximo a homozigose, aumentando a eficiência da seleção artificial feita pelo melhorista. a)grande importância em ambientes instáveis, seleção natural atua favoravelmente. b) Método indicado para seleção em condições de estresse abiótico. 38

39 MÉTODO POPULACIONAL Se possível e se for de interesse o melhorista pode selecionar um ambiente problemático para fazer a seleção. Frio; Toxidez de alumínio; Salinidade; Altas temperaturas; Estresse hídrico. 39

40 MÉTODO POPULACIONAL QUANDO UTILIZAR? Quando o cultivo das constituições genéticas (população segregante) em ambiente onde a seleção natural atue favoravelmente aos genótipos desejáveis. 40

41 MÉTODO POPULACIONAL A seleção natural sempre atua a favor dos genótipos desejáveis? 41

42 MÉTODO POPULACIONAL Exemplo que a seleção não é favorável. Estatura de plantas em cereais. A seleção natural promove um aumento da frequência dos genótipos altos e tardios. EVITAR AMBIENTES QUE FAÇAM SELEÇÃO NATURAL CONTRA O OBJETIVO DO MELHORISTA 42

43 Visando aumentar a eficiência Técnicas especiais na amostragem Eliminar as plantas atípicas; Colher somente plantas resistentes a moléstias e pragas; Colher as sementes logo após a maturação fisiológica = precocidade; Selecionar as sementes com base no tamanho e densidade = produtividade; Colher tardiamente = selecionar contra deiscência natural. 43

44 MÉTODO POPULACIONAL VANTAGENS 1. Fácil condução das populações segregantes até homozigose. 2. Pode ser conduzido associado com seleção massal. 3. A seleção artificial é eficiência, pois os genótipos já estão próximos a homozigose. 4. Reduz a possibilidade erros de seleção ações gênicas que se perdem na homozigose (dominância, sobredominância e epistasia). 5. Eficiência da seleção em caracteres de baixa herdabilidade. 44

45 MÉTODO POPULACIONAL DESVANTAGENS 1. Plantas de uma geração podem não ser totalmente representadas na próxima geração. 2. Populações só podem ser conduzidas no ambiente onde serão cultivadas como variedade. 3. Devido ao vigor hibrido dos cruzamentos, algumas constituições com maior capacidade de produção de semente aumentando a frequência nas gerações iniciais e se estes genótipos não forem também portadores da característica de interesse ocorrera uma seleção ineficiente. 45

46 TÉCNICAS PARA AUMENTAR A EFICIÊNCIA DO MÉTODO Modificar frequências gênicas 1. Colher mais tarde genótipos sem queda e/ou debulha natural assim estaremos selecionando contra estes caracteres 2. Colher genótipos que ficam prontos mais cedo - como forma de selecionar as constituições genéticas precoces. 46

47 SELEÇÃO PELO MÉTODO GENEALÓGICO (PEDIGREE METHOD) 47

48 MÉTODO GENEALÓGICO, PLANTA POR PLANTA (PEDIGREE) Histórico , Hjalmar Nilsson trabalhando com trigo Progênies de uma única plantas são mais uniformes Seleção de plantas individuais teste de progênie com 48

49 Método Genealógico F 2 grande número de plantas - Alta pressão de seleção nas gerações iniciais (~5%) Semear em planta espaçada para maximizar produção de sementes Seleção de plantas e colheita individual. Cada planta selecionada dará origem linha em F 3. Semear em planta espaçada Seleção entre linhas e entre plantas dentro da linha. Diminuição da variabilidade dentro da linha e aumento entre linhas. 49

50 Método Genealógico A partir daqui semear em linha cheia Formação das famílias (ênfase nas diferenças entre famílias) Seleção entre famílias, e dentro das linhas, nas duas gerações. Seleção das melhores linhas que irão para ensaios de rendimento. 50

51 Método Genealógico 51

52 Método Genealógico 52

53 Método Genealógico PRESSÃO DE SELEÇÃO -gerações iniciais (F 2, F 3?) caracteres qualitativos gerações posteriores (F 3?, F 4, F 5, F 6 ) caracteres quantitativos 53

54 Método Genealógico Vantagens Descarte de genótipos inferiores em gerações precoces; É altamente efetivo para caracteres de alta herdabilidade ; Propicia a expressão dos caracteres sob seleção em diferentes ambientes (local ou ano); Método que demanda muito empenho do melhorista, pois todo o avanço nas gerações é baseado na seleção artificial feita por ele. 54

55 Método Genealógico DESVANTAGENS Experimentos com populações maiores e mais detalhado demandando muita mão-de-obra e controle do melhorista. Demanda registro(anotação das etapas avançadas) Não permite cultivo fora de estação ou da região de cultivo Ineficiente para caracteres de baixa herdabilidade. Ambientes instáveis compromete o êxito da seleção 55

56 Método Genealógico CONSIDERAÇÕES GENÉTICAS A maior ou menor variabilidade em F2 (segregação) é resultante da distância genética entre os genitores cruzados -número de genes em que diferem Ocorre uma drástica redução de variabilidade entre F2 e F3 -número de plantas selecionadas -redução em 50% da heterozigose Entre F4-F6 aumentam as diferenças entre famílias e reduzem as diferenças dentro de cada família (dentro da linha) Vigor produtivo em F2 e F3 podem confundir a seleção, por isso não deve ser feita pressão de seleção para estes caracteres nestas gerações No início, as plantas estão espaçadas, desta o fenótipo não sofrem muita interação com o ambiente, podendo provocar erros na seleção se o ambiente for instável 56

57 MÉTODO SSD (Descendente de uma Única Semente) SSD (single seed descent) Histórico , Gouden trigo - Descrito na literatura por Brim (1966) soja Mantendo toda a variabilidade 57

58 SELEÇÃO PELO MÉTODO SSD (SINGLE SEED DESCENT) (DESCENDENTE DE UMA ÚNICA SEMENTE) 58

59 Método SSD Foi proposto para suprir as LIMITAÇÕES impostas pelos métodos GENEALÓGICO e POPULACIONAL Genealógico -seleção nas gerações segregantes -impossibilidade de cultivo fora de estação - redução da VG Populacional - impossibilidade de cultivo fora de estação - seleção natural atua contra melhorista - redução da VG 59

60 Método SSD Fazer cruzamento produzir F1 Semear em planta espaçada maximizar prod. de sementes Semear 1 semente da cada planta para compor a geração seguinte. Colher as sementes de cada planta da população. 60

61 Método SSD Semear uma linha por planta F5 As sementes de cada planta da população F 5 é semeada em linha resultando em n linhas de linhas puras. FAZER TESTES COMPARATIVOS E SELECIONAR AS LINHAGENS SUPERIORES 61

62 Método SSD É FEITO BULK Cada bulk colhida de uma planta F2 é semeada e dará origem a uma cova em F3. Novamente em F3 sementes de cada planta são colhidas separadamentes em serão semeadas em cova em F4. Repete até F5 SE MANTEM A DESCENDÊNCIA DE CADA PLANTA são colhidas todas as sementes de cada planta em cada ciclo é semeada uma semente e as demais são armazenadas É MANTIDO UM HISTORICO DE CADA GERAÇÃO DE UMA LINHA 62

63 Método SSD Vantagens 1. Este método é o que tem maiores chances de manter a variabilidade genética da geração F6 similar à da F2. 2. A seleção próximo à homozigose - sem a interferência dos efeitos não-aditivos. 3. Várias gerações por ano. 4. Métodos mais rápidos para obtenção de linhas homozigotas. 5. Gerações segregantes - fora do ambiente de cultivo. 63

64 Método SSD DESVANTAGEM 1. Muitas plantas podem não produzir semente ao longo da geração; 64

65 Método SSD Considerações genéticas Nenhuma ação genica tem importância durante o periódo de avanço. Os genótipos não sofrem nenhuma seleção durante o período de avanço. se cultivado em casa de vegetação se nenhuma seleção for feita pelo melhorista Capacidade competitiva dos genótipos não importa. Método evita erros de seleção antes da homozigose. 65

66 MÉTODO DA COLMÉIA 66

67 MÉTODO COLMÉIA Histórico , Fasoulas, trabalho realizado com trigo. - Visando reduzir os efeitos do ambiente. Modelo hexagonal, com ausência de competição 67

68 Comparação das melhores linhagens em ensaios de rendimento. F3 a F5 O procedimento anterior é o mesmo até a geração F 5. Plantas F 5 selecionadas formarão uma linha cheia em F 6. Seleção entre linhas. As linhas selecionadas participarão do ensaio de competição. F6 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x AxB F1 O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O F2 Cada planta selecionada em F 2 formará uma linha na geração F 3, seguindo o mesmo procedimento de espaçamento. MÉTODO DA COLMÉIA 68

69 MÉTODO DA COLMÉIA CARACTERÍSTICAS DO MÉTODO plantas espaçadas com a mesma distância dispostas na fórmula de um hexágono cada planta identificada é avaliada individualmente a planta central é comparada com todas as que circundam só seleciona a central se for superior às demais planta superior à central é utilizada para compor um novo hexágono repetir o método nas gerações sucessivas 69

70 MÉTODO DA COLMÉIA VANTAGENS 1. Aplicado eficientemente em caracteres de baixa herdabilidade; 2. Seleção praticada com base na constituição genética do indivíduo; 3. Pressão de seleção tanto para caracteres quantitativos como qualitativos. 70

71 MÉTODO DA COLMÉIA DESVANTAGENS 1. Muito trabalhoso; 2. Seleção apenas realizada em ambientes de cultivo. 71

72 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO - BACKCROSS 72

73 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS Allard (1960) O Retrocruzamento permite a melhoria do caráter de uma cultivar para o qual é deficiente 73

74 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS Um genitor que contribui com o gene de interesse é chamado de non-recurrent, enquanto a planta para o qual o gene deve ser transferido é chamado de genitor recurrent. O procedimento utiliza cruzamento com genitor recorrente repetidamente. (Fehr, 1987) 74

75 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS MÉTODO 1: PARA CARACTERISTICA CONTROLADA POR GENE DOMINANTE 75

76 Transferência de alelo/gene dominante VARIEDADE VARIEDADE BIA ANA Recorrente x Doador aa (suscet.) AA (resist.) Recuperar toda a produtividade da BIA, mas com a resistencia de ANA. F 1 Aa x aa 50%ANA-50%BIA RC1F 1 aa Aa 25%ANA-75%ABIA x aa RC2F 1 aa Aa x aa 12,5%ANA-87,5%BIA RC3F 1 aa Aa x aa 6,25%ANA-93,75%BIA 3,12%ANA-96,88%BIA RC4F 1 aa Aa RC4F 2 Carvalho (2008) Variedade BIA II com 96,88% de BIA e com RESISTENCIA da ANA AA Aa aa AA (segregação) 76

77 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS MÉTODO 2: PARA CARACTERISTICA CONTROLADA POR GENE RECESSIVO 77

78 F 1 Variedade ZEBRÃO Transferência de gene/alelos RECESSIVO Variedade ROSINHA (qualidade de grão) doador rr (resistente) x recorrente RR (suscetível) Rr RR Cultivar a ser recuperada 50% ROSINHA-50% ZEBRÃO RC 1 F 1 RR Rr 75%ROSINHA-25% ZEBRÃO RC 1 F 2 RR Rr rr RR RC 2 F 1 RC 3 F 1 RC 3 F 2 RC 4 F 1 Rr RR RR Rr RR Rr rr RR Rr 87,5%ROSINHA-12,5%ZEBRÃO 93,75%ROSINHA-6,25% ZEBRÃO 96,9%ROSINHA-3,1% ZEBRÃO RC 4 F 2 (Fehr, 1987) (suscetivel/segregação) RR Rr rr rr Cultivar Rosinha II com 96,9% de qualidade do Rosinha e com a 78 resistencia do Zebrão

79 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS NÚMERO DE RETROCRUZAMENTOS Quantos Retrocruzamentos são necessários para recuperar o genitor recorrente com um gene desejado? n = número de RC 1 - ( 1 / 2 ) n

80 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS Freqüência de indivíduos homozigotos para o/os genes [(2 m 1)/2 m ] n n = número de locos heterozigotos m = número de RC Exemplos homozigotos (1 gene) homozigotos para o caráter controlado por 2 genes 1º RC (2 1 1)/2 1 = 0,5% [(2 1 1)/2 1 ] 2 = 0,5% 5 RC (2 5 1)/2 5 = 0,97 ou 97% [(2 5 1)/2 5 ] 2 = 0,94 % 80

81 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS Probabilidade de eliminar um gene (indesejado) no caso de ligação gênica 1-(1-R) m+1 m = número de RC R= percentagem de recombinação entre 2 genes ligados 1-(1-0,10) 5+1 = 1-(0,9) 6 = 0,

82 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS Para obter maior sucesso é necessário? 1) Disponibilidade de um bom doador; 2) Utilizar cultivar elite que permita sua utilização após os RCs; 3) Menor número possível de RCs para recuperar o genitor recorrente; 4) Competição com as novas cultivares. 82

83 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS Exemplo: APLICAÇÕES MAIS COMPLEXAS 6 raças de um Fungo (raca1, raca2, raca3, raca4, raca5, raca6) Existem 6 genes de resistencia um gene para cada raça Gene RR 1 resistencia raça 1 - Cultivar UPF Gene AA 2 resistencia raça 2 - Cultivar FAEM Gene BB 3 resistencia raça 3 - Cultivar URGS Gene CC 4 resistencia raça 4 - Cultivar IAC Gene DD 5 resistencia raça 5 - Cultivar ESALQ Gene EE 6 resistencia raça 6 - Cultivar CGF Luciano C. Maia 83

84 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS PIRAMIDAÇÃO GENICA PASSO 1 FAZER RETROCRUMENTOS SEPARADOS Cultivar UPF Gene RR 1 Cultivar FAEM Gene AA 2 Cultivar URGS Gene BB 3 Cultivar IAC Gene CC 4 Cultivar ESALQ Gene DD 5 Cultivar CGF Gene EE 6 RETROCRUZAMENTO RETROCRUZAMENTO RETROCRUZAMENTO RC 4 F 2 RC 4 F 2 RC 4 F 2 Genótipo A1 Gene RR 1 Gene AA 2 Genótipo A2 Gene BB 3 Gene CC 4 Genótipo A3 Gene DD 5 Gene CC 6 Luciano Carlos da Maia 84

85 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS PIRAMIDAÇÃO GENICA PASSO 2 FAZER RETROCRUMENTOS ENTRE DOIS GENÓTIPOS ORINDUNDOS DE RETROCRUZAMENTOS SEPARADOS Genótipo A1 Gene RR 1 Gene AA 2 Genótipo A2 Gene BB 3 Gene CC 4 RETROCRUZAMENTO Luciano Carlos da Maia RC 4 F 2 Genótipo B1 Gene RR 1 Gene AA 2 Gene BB 3 Gene CC 4 85

86 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS PIRAMIDAÇÃO GENICA PASSO 3 FAZER OUTRO RETROCRUZAMENTO Genótipo B1 Gene RR 1 Gene AA 2 Gene BB 3 Gene CC 4 Genótipo A3 Gene DD 5 Gene CC 6 RETROCRUZAMENTO RC 4 F 2 Genótipo C1 Luciano Carlos da Maia Gene RR 1 Gene AA 2 Gene BB 3 Gene CC 4 Gene DD 5 Gene CC 6 GENÓTIPO COM RESISTENCIA PARA AS 6 RAÇAS DO FUNGO 86

87 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS PIRAMIDAÇÃO GENICA SÓ É POSSÍVEL CASO CADA RAÇA FOR CONTROLADA POR GENES DIFERENTES (EM LOCOS DIFERENTES). SE AS RAÇAS FOREM CONTROLADAS POR ALELOS DIFERENTES (NUM ÚNICO LOCO) ENTÃO SÓ PODEREMOS TER RESISTÊNCIA PARA UMA OU OUTRAS RAÇA. neste caso a piramidação via RC não é possível 87

88 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS CONSIDERAÇÕES GENÉTICAS cv. Recorrente germoplasma silvestre > número RC cv. Recorrente cv. Elite ou superior < número RC 88

89 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS VANTAGENS DO MÉTODO O processo é feito passo a passo, com previsões de ganhos e não de perdas; Conduzido em qualquer ambiente que permita o desenvolvimento do caráter em transferência; Não há necessidade de ensaios comparativos, com pequeno n de plantas a cada geração; Previsível e com repetibilidade. 89

90 MÉTODO DO RETROCRUZAMENTO BACKCROSS DESVANTAGENS DO MÉTODO - O caráter a ser transferido deve ter alta herdabilidade; - Junto ao gene transferido podem ser transferidos outros caracteres indesejáveis do genitor doador - A transferência de mais de um caráter para o genitor recorrente deve ser feita independente, portanto, deve-se evitar as transferências simultâneas. 90

91 Duplo Haploides 91

92 Totipotência celular Capacidade que a célula vegetal tem de regenerar uma planta completa. Teoricamente todas as células vegetais possuem esta capacidade. 92

93 Totipotência celular 93

94 O que são plantas haploides? Haploide (n) Diploide (2n) Triploide (3n) Tetraploide (4n) 94

95 Duplo Haploides Haploides? Indivíduos com uma única cópia do cromossomo característico da espécie; Tecido somático o número n de cromossomos típicos dos gametas do organismo; Célula gamética (n) Tecido somático (2n) 95

96 Duplo Haploides Duplo-Haploides Tecnologia onde plantas são obtidas a partir de células haploides com posterior indução à duplicação cromossômica (Pierre et al., 2011). 96

97 Duplo-haploides Haploide (n) Haploide (n) Duplo haploide (2n) haploides + duplicados = duplo haploides (n + n = 2n) Como ocorre a duplicação? 97

98 Duplo-haploides: duplicação cromossômica natural 98

99 Duplo-haploides: duplicação cromossômica induzida Alcaloide que interfere na organização das fibras do fuso, impedindo a sua formação e a consequente disjunção dos cromossomos filhos. Fibras do fuso 99

100 Duplo Haploides Genitores = AAbb X aabb Gametas = Ab ab F1 = Gametas = AaBb AB Ab ab ab PLANTAS HAPLOIDES (AB Ab ab ab) Duplicação Obtenção de plantas Duplo-Haploides AABB AAbb aabb aabb 100

101 Melhoramento convencional X haploidia 101

102 Duplo Haploides Métodos Tradicionais de Melhoramento 102

103 Duplo Haploides Métodos Tradicionais de Melhoramento Redução no tempo de obtenção de plantas homozigotas!! 103

104 Duplo Haploides Obtenção de Duplo-Haploides: In vivo In vitro 104

105 Duplo Haploides Obtenção de Duplo-Haploides in vivo Duas formas : Gene gametófito indeterminado (ig): O alelo recessivo desse gene induz a produção de haploides a partir do gameta masculino (Kermicle,1969). stock 6, que produz haploides maternos (Coe, 1959) (mecanismo não conhecido), mas tem duas hipóteses. H1: alteração em 1 nr dos grão de pólen, mas ocorre fertilização com as oosfera. H2: não ocorre fertilização, mas ocorre a embriogênese. Ambos possuem taxa de indução entre 1 a 3%. 105

106 Duplo Haploides Obtenção de Duplo-Haploides in vivo Indivíduos = androgenéticos ou gimnogenéticos Androgenéticos após a fertilização, um dos núcleos reprodutivos do grão de pólen se desenvolve em um pseudo-embrião Gimnogenético é a oosfera que se desenvolve. indução de haploidia Acredita-se que os haploides resultem de uma falha na fertilização, devido ao gameta masculino ou feminino. 106

107 Duplo Haploides Obtenção de Duplo-Haploides in vivo Sistema gimnogenético: linhagem indutora (doadora de pólen) o haploide resultante é de origem materna. Sistema androgenético: linhagem indutora (receptora de pólen) o haploide resultante é de origem paterna. 107

108 Duplo Haploides Obtenção de Duplo-Haploides in vivo Uso de linhagens indutoras Exemplo linhagens de milho: Wisconsin 23 (W23) Utilizada como genitor feminino, a semente haploide se desenvolve a partir do núcleo reprodutivo do grão de pólen. Stock6 - Utilizada como pólen, não ocorrendo a fertilização, no entanto, a oosfera cresce e se diferencia em um embrião (Sarkar & Coe, 1966). 108

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110 Obtenção de Duplo Haploides in vivo Produção comercial favorecida Pelo marcador morfológico Devido ao gene R-navajo R-nj de coloração por antocianina para identificação das sementes haploides. 110

111 Identificação dos Haploides 111

112 Identificação dos Haploides 112

113 Duplicação cromossômica 113

114 Vias de obtenção de haploides in vitro Vias de obtenção de haploides in vitro Ginogenética - Cultura de ovários e óvulos - Cruzamentos interespecíficos - Cruzamentos intergenéricos Androgenética - Cultura de anteras -Cultura de micrósporo 114

115 Duplo Haploides Cultura de ovários e óvulos Ginogênese: Desenvolvimento de óvulos não fertilizados em plantas. Ovário polinizados por pólen de outra espécie de outro gênero; Respostas baixas (menor que 15%). Desvantagens: poucos óvulos 115

116 Duplo Haploides 1) Ginogênese Cultura de Ovários / Óvulos Partenogênese; Resgate do óvulo; Estrutura reprodutiva frágil e complexa. 116

117 Duplo Haploides 1) Ginogênese Resgate de Embriões - Bulbosum Eliminação de cromossomos após as primeiras divisões celulares; Cruzamentos interespecífico; Cruzamentos intergenérico. 117

118 Duplo Haploides Exemplo de Cruzamentos Interespecífico -Mesmo gênero, espécies diferentes. Hordeum vulgare (2n=14) x Hordeum bulbosum (2n=14) Resgate antes de 10 DAF Plantas monoploides (n=7) Eliminação de cromossomos de Hordeum bulbosum (progenitor masculino) 118

119 Duplo Haploides Exemplo de Cruzamentos Intergenéricos: Trigo x milho - Gêneros diferentes, espécies diferentes; - Mais utilizado em espécies que apresentam espigas; 119

120 Duplo Haploides 120

121 Duplo Haploides 121

122 Duplo Haploides 122

123 Duplo Haploides 123

124 Duplo Haploides 124

125 Duplo Haploides 125

126 Duplo Haploides 126

127 Duplo Haploides 127

128 Duplo Haploides 128

129 Duplo Haploides 129

130 Duplo Haploides Resgate de embriões após cruzamento interespecífico TRIGO (Planta F 1 ) x MILHO - Injeção de 2,4-D no nó do colmo da planta-mãe mais próximo a espiga, 24 horas após polinização - Eliminação dos cromossomos do milho ocorre naturalmente - Resgate e cultivo dos embriões haploides imaturos 9 a 15 dias após a polinização - Regeneração de plantas haploides - Duplicação do número de cromossomos com colchicina (inibidor da formação do fuso acromático) - Cultivo das plantas duplo haploides em casa-de-vegetação e produção de sementes para teste a campo Tempo para produção de linhagens duplo haploides é menor que em um método convencional 130

131 Duplo Haploides 131

132 Duplo Haploides 2) Androgênese Processo que leva a formação de plantas haploides a partir de anteras jovens ou imaturas, onde estão as células-mãe de micrósporos. 132

133 Duplo Haploides 2) Androgênese 133

134 Duplo Haploides 2) Androgênese Cultura de Anteras Inoculação de anteras diretamente no meio de cultura e desenvolvimento de calos; Utilizada em mais de 200 espécies: Cevada, fumo, trigo, arroz, milho etc; 134

135 Duplo Haploides Coleta e pré-tratamento 135

136 Duplo Haploides Indução de calos As anteras são mantidas no escuro, em câmara de crescimento, com temperatura de 25ºC por 30 a 60 dias. 136

137 Duplo Haploides Regeneração de gemas Transferência para o meio de regeneração Temperatura de 25ºC Fotoperíodo de 16 horas de luz Aproximadamente 30 dias 137

138 Duplo Haploides Enraizamento das plantas - Meio de cultura MS com 8% de sacarose, sem reguladores de crescimento. - As condições de incubação serão as mesmas da etapa de regeneração. 138

139 Duplo Haploides Aclimatação e transferência das plantas para casa de vegetação 139

140 Duplo Haploides Cultura de anteras de pimenta 140

141 Duplo Haploides Cultivar de trigo BR 43 EMBRAPA Passo Fundo 141

142 Duplo Haploides 2) Androgênese Cultura de Micrósporos Dispõem os grãos de pólen diretamente sobre o meio de cultura; Utilizado para um menor número de espécies, porém mais eficiente. Cevada EMBRAPA Trigo, Passo Fundo. 142

143 Androgênese Pré-tratamento

144 Cultura de micrósporos X cultura de anteras

145 Duplo Haploides Fatores que influenciam a formação de duplo-haploides Genótipo; Técnica utilizada; Condição fisiológica e estágio de desenvolvimento das plantas; O meio de cultura (in vitro). Presença ou ausência de luz e o balanço de reguladores de crescimento utilizados (in vitro); Temperatura. 145

146 Duplo Haploides VANTAGENS DA DUPLO HAPLOIDIZAÇÃO a) Obtenção de linhagens em um curto período; b) Os efeitos de dominância e epistasia são neutralizados; c) Economia de espaço nos campos experimentais; d) Seleção se dá entre linhas e não dentro da linha. DESVANTAGEM a) Tecnologia cara (equipamentos especiais e técnicas e técnicos especializados) b) Não permite seleção pelo ambiente 146

147 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE 147

148 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE Aumento contínuo de GENES e/ou ALELOS favoráveis, mantendo um nível de variabilidade genética que permite a realização de ciclos de SELEÇÃO Possibilita reunir alelos favoráveis em um ou poucos genótipos, que antes estava dispersos em vários genótipos. 148

149 MÉTODO DA SELEÇÃO RECORRENTE Aumento contínuo de GENES e/ou ALELOS favoráveis, mantendo um nível de variabilidade genética que permite a realização de ciclos de SELEÇÃO 149

150 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE Etapas Desenvolvimento da população base (C0) Obtenção, avaliação e seleção das progênies de x Cruzamentos das melhores progênies (recombinação) 150

151 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE 1) Desenvolvimento da população base (C0) - Escolha de genitores (elevado nº) - Cruzamentos quádruplos (12,5% de cada genitor) - Cultivo F1 - Cultivo F2 (população base = C0) 151

152 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE 1) Desenvolvimento da população base (C0) - Escolha de genitores (elevado nº) - Cruzamentos quádruplos (12,5% de cada genitor) - Cultivo F1 - Cultivo F2 (população base = C0) 152

153 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE 2) Obtenção, avaliação e seleção das progênies de autofecundação - Obtenção de ampla variabilidade genética. - Melhorar caracteres de média a baixa h 2; - Seleção na C0 seguida de recombinação (caracteres qualitativos); - Nº de autofecundação não existe consenso. 153

154 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE 3) Cruzamentos das melhores progênies (recombinação) - Intercruzamento entre as selecionadas - Difícil execução (elevado nº de cruzamentos) - Preferência em espécies alógamas 154

155 Métodos de Melhoramento em Plantas Autógamas SELEÇÃO RECORRENTE DEFINIÇÃO CICLO 0 CICLO 1 CICLO n Genitores iniciais Hibridação dos genitores iniciais Progênie ciclo 0 Hibridação dos genitores ciclo 1 Progênie ciclo 1 Avaliação progênie ciclo 0 Avaliação progênie ciclo 1 Seleção progênie ciclo 1 Seleção progenie ciclo 2 155

156 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE C 2 C 1 C 0 Recombinação de progênies Obtenção de progênies Avaliação de progênies 156

157 MÉTODO DA SELEÇÃO RECORRENTE População 1 Primeiro ciclo de seleção População 2 Segundo ciclo de seleção População 3 Luciano C. da Maia N ciclo de seleção População 157 N

158 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE VANTAGENS DO MÉTODO Incremento progressivo na freqüência de alelos favoráveis na população, decorrente da recombinação, crossing over e quebras de blocos de ligação; Permite o desenvolvimento de populações com alta freqüência de plantas superiores. 158

159 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE DESVANTAGENS DO MÉTODO - Grande dificuldade de recombinação em plantas autógamas, devido principalmente à necessidade de realizar cruzamentos em algumas espécies; - O progresso genético vai reduzindo à medida em que aumentam os ciclos de seleção e recombinação. 159

160 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE Considerações genéticas Possibilita o aumento da freqüência de alelos favoráveis Possibilita o aumento da freqüência de genes favoráveis Possibilita a redução da freqüência de alelos ruins Possibilita a redução da freqüência de genes ruins 160

161 MÉTODO DE SELEÇÃO RECORRENTE Considerações genéticas Cruzamentos entre dois genitores - Reduzida variabilidade genética - Baixo potencial de recombinação Cruzamentos entre muitos genitores seguido do intercruzamento entre as suas progênies - Grande aumento na variabilidade genética - Alto potencial de recombinação -muitos blocos do genoma de plantas diferentes possibilitarão maiores probabilidades de recombinações (quebras de blocos de ligações gênicas) Seleção Recorrente - Ampliar a base genética dos cultivares 161

162 Referências bibliográficas Aulas cedidas pelo professor LUCIANO CARLOS DA MAIA 162

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